DE19534383A1

DE19534383A1 - Vorrichtung zum Antreiben eines Rades

Info

Publication number: DE19534383A1
Application number: DE19534383A
Authority: DE
Inventors: Kraig Schlosser; James H Sheets; Larry G Sparks
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1997-03-20
Also published as: CA2158519A1; US5472059A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben eines individuellen Rades eines Motorfahrzeuges, insbe sondere eine Vorrichtung mit einem Elektromotor und Re duziergetrieben für den Antrieb des Rades.

Es sind Vorrichtungen bekannt, die Elektromotoren und Dop pel-Reduziergetriebe, z. B. Planetengetriebe verwenden, um einzelne Räder eines Motorfahrzeuges anzutreiben. Im Hin blick aber auf die besondere Form dieser Vorrichtungen und/oder der räumlichen Zusammenhänge der einzelnen Kompo nenten, welche die Vorrichtung bilden, haben die bisherigen Vorrichtungen dieser Art Nachteile. Die bisherigen Doppel- Reduziergetriebe verwenden einen primären oder schnell laufenden Reduzierzahnradsatz eines üblichen Planetenge triebes, wobei ein drehbarer Planetenträger den Getriebe ausgang bildet und eine Mehrzahl von Planetenrädern mit dem Träger rotiert. Bei Verwendung mit hohen Drehzahlen haben diese Vorrichtungen den Nachteil, daß sie eine ge naue Auswuchtung des Planetenträgers erfordern und relativ hohe Zentrifugalkräfte erzeugen, welche auf die Planeten räder wirken, wodurch die Lebensdauer der Zahnräder redu ziert und der Getriebelärm erhöht wird im Vergleich zu einem Planetengetriebe, das einen stationären Planeten träger verwendet. Die primären und sekundären Reduzier zahnradsätze der bisherigen Doppelreduziergetriebe sind oft axial nebeneinander positioniert, was bei gegebener Radbasis und optimaler Lage der Radnabe dazu führen kann, daß sich die Vorrichtung weiter einwärts erstreckt als er forderlich ist, was einerseits zu Kompromissen bei der Kon struktion des zugehörigen Fahrzeuges führen kann. Wenn bei spielsweise eine solche Vorrichtung verwendet wird, um das Rad eines Busses anzutreiben, kann der verfügbare Raum für den Passagierdurchgang reduziert werden. Andere be kannte Vorrichtungen dieser Art sind so ausgebildet, daß der Belastungsweg für die Reaktion des Fahrzeuggewichtes durch wenigstens einen der Reduziergetriebesätze führt, was zu unerwünschten Abweichungen beim Zahnradeingriff führen kann. Ferner kann der räumliche Zusammenhang zwi schen anderen Elementen der Vorrichtung, wie z. B. der Bremsen und der primären und sekundären Zahnradsätze derart sein, daß eine optimale Gestalt der Vorrichtung nicht erreicht wird.

Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zum Antreiben eines individuellen Rades eines Motorfahrzeuges, wobei die Vorrichtung so gestaltet ist, daß der Abstand von ei nem Lager, das die Radnabe abstützt, bis zur Innenfläche der Vorrichtung minimiert ist, wodurch zusätzlicher Raum für die Fahrzeugkonstruktion geschaffen wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung eine stationäre ringförmige Spindel, die am Fahrzeug angebracht ist sowie einen Elektromotor, der einwärts von der Spindel und durch diese abgestützt ange ordnet ist. Der Motor hat einen Stator und einen Rotor, der eine rotierende Ausgangswelle besitzt. Die Vorrichtung hat ferner eine Radnabe, die drehbar an und koaxial mit der Spindel eingebaut ist sowie eine Radnabenlagerbüchse, die zwischen einem inneren Abschnitt der Spindel mit ver größertem Durchmesser und der Radnabe angeordnet ist, und die einen äußeren Abschnitt der Spindel mit reduziertem Durchmesser umgibt. Die Radnabe ist an einem drehbaren Außenring der Lagerbüchse angebracht. Die Vorrichtung um faßt ferner einen inneren Drehzahl-Reduzierzahnradsatz, der in dem inneren Abschnitt der Spindel mit dem vergrößer ten Durchmesser eingebaut ist und koaxial mit der Spindel sowie einen äußeren Drehzahl-Reduzierzahnradsatz, der eben falls koaxial mit der Spindel angeordnet ist. Der innere Zahnradsatz verbindet koaxial die Ausgangswelle des Motors und eine Zwischenwelle, um die letztere entsprechend der Drehung der Außenwelle mit einer Drehzahl anzutreiben, die kleiner ist als die Drehzahl der Ausgangswelle. Der äußere Zahnradsatz verbindet koaxial die Zwischenwelle und die Rad nabe, um die letztere und das Fahrzeugrad mit einer Drehzahl anzutreiben, die kleiner ist als die Drehzahl der Zwischen welle.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nach folgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 im Längsschnitt eine bevorzugte Aus führungsform des Rades und der er findungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Fig. 1A zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 2 zeigt vergrößert die Befestigung des Motorgehäuses des inneren Planetenzahn radsatzes an der Spindel, die in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt vergrößert den räumlichen Zu sammenhang zwischen einer Stirnkappe und der Motorausgangswelle nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 1, wobei der innere Zahnradsatz der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht längs der Linie 5-5 von Fig. 1, wobei der äußere Zahnradsatz der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt teilweise im Längsschnitt den Ein bau der Bremse nach der Erfindung, wobei der äußere Zahnradsatz der erfindungsge mäßen Vorrichtung weggelassen worden ist.

Fig. 7 zeigt in Draufsicht die Bremse nach der Er findung, wobei der äußere Zahnradsatz der bevorzugten Ausführungsform weggelassen worden ist.

In der Zeichnung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente durchgehend verwendet. Fig. 1 zeigt im Längs schnitt die Vorrichtung 10 nach der Erfindung, die dazu dient, ein individuelles Rad eines Motorfahrzeuges anzutreiben. Die Vorrichtung 10 hat eine stationäre ringförmige Spindel 12, die an einem Aufhängesystem 14 eines nicht gezeigten Motor fahrzeuges mittels konventioneller Mittel, z. B. Schrauben 16, befestigbar ist. Die Vorrichtung 10 hat ferner einen Elektro motor 18 mit einem Stator 20 und einem Rotor 22, welcher eine rotierende Ausgangswelle 24 besitzt. Der Stator 20 und der Rotor 22 sind umschlossen von einem äußeren Gehäuse 26 des Motors 18, wobei das Gehäuse 26 fest an der Spindel 12 mittels konventioneller Schrauben 27 befestigt ist, wie Fig. 2 zeigt, derart, daß die Spindel 12 den Motor 18 abstützt. Der Motor 18, der vorzugsweise ein Wechselstrom-Induktionsmotor ist, ist axial einwärts und koaxial zur Spindel 12 eingebaut. Die Vor richtung 10 hat ferner eine Radnabe 28, die koaxial zur Spin del 12 liegt und drehbar zur Spindel 12 eingebaut ist, mit einem Radnaben-Lager 30, dazwischen einem einwärtigen Abschnitt 32 der Spindel mit vergrößertem Durchmesser und der Radnabe 28 angeordnet ist. Das Lager 30 umgibt ferner einen äußeren Abschnitt 34 der Spindel mit reduziertem Durchmesser. Die Rad nabe 28 ist an einem drehbaren Außenring 36 des Lagers 30 be festigt und zwar an einem äußeren Ende 37 des äußeren Lauf ringes 36 mittels üblicher Schrauben 38. Die Vorrichtung 10 umfaßt ferner einen primären oder inneren Drehzahlreduzier- Getriebesatz 40 und einen sekundären oder äußeren Drehzahl reduzier-Getriebesatz 42. Der Getriebe- oder Zahnradsatz 40 ist innerhalb des inneren Abschnittes 32 der Spindel 12 mit dem vergrößerten Durchmesser und koaxial zur Spindel 12 ein gebaut. Der Zahnradsatz 40 ist koaxial zwischen der Ausgangs welle 24 des Motors 18 und einer Zwischenwelle 44 angeordnet, um die letztere bei Drehung der Ausgangswelle 24 des Motors 18 mit einer Drehzahl anzutreiben, die kleiner ist als die Drehzahl der Ausgangswelle 24. Der äußere Zahnradsatz 42 ist koaxial zur Spindel 12 und koaxial zwischen der Zwi schenwelle 44 und der Radnabe 28 eingebaut, um die letztere und das Rad 46 des nicht gezeigten Fahrzeuges anzutreiben, wobei das Rad 46 an der Radnabe 28 operativ mittels üblicher Schrauben 48 befestigt ist, und zwar mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die Drehzahl der Zwischenwelle 44.

Eine Stirnplatte 50 ist fest am äußeren Gehäuse 26 des Motors 18 mittels Schrauben 52 befestigt. Die Stirnplatte 50 dichtet das innere Ende des Motors 18 im Bereich der Ausgangswelle 24 ab, bildet ein Mittel, um extern die nicht gezeigten Signal leitungen von einem Kodierer 54 zu führen und bildet ferner ein Mittel, um der Vorrichtung 10 ein Schmierfluid zuzu führen. Der Kodierer 54 hat ein Tonrad 56, das gleitend in Eingriff mit einem inneren Ende 58 der Ausgangswelle 24 besteht und Zähne 60 hat, die mit einem optischem Sensor 62 ausgerichtet sind, um die Orientierung des Motors 22 an ei ne nicht gezeigte Steuereinheit des Motors 18 anzuzeigen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse 26 des Motors 18 aus einer Aluminium-Legierung und der Stator 20 aus einer Stahl-Legierung mit einem thermischen Expan sionskoeffizienten, der niedriger als derjenige des Gehäuses 26 ist. Das Gehäuse 26 neigt daher dazu, radial vom Stator 20 bei erhöhten Temperaturen des Motors 18 wegzuwachsen. Zur Anpassung an diese unterschiedliche radiale Ausdehnung steht das Gehäuse 26 mit dem Stator 20 über einen Festsitz in Verbindung längs einer radial inneren und axial ver laufenden Fläche 64 des Gehäuses 26 im Gegensatz zu bis herigen Geräten, bei denen typischerweise der Stator am Gehäuse mittels Schrauben befestigt ist, was zusätzliche Teile und Kosten gegenüber dem Gehäuse 26 und dem Stator 20 der Erfindung bedingt.

Das innere Ende 58 der Ausgangswelle 24 ist durch ein Wälz lager 66 abgestützt, das zwischen dem Gehäuse 26 und der Ausgangswelle 24 eingebaut ist. Das äußere Ende 68 der Ausgangswelle 24 ist in einem Wälzlager 70 gelagert, das zwischen einem stationären Planetenträger 72 des inneren Zahnradsatzes 40 und dem äußeren Ende 68 eingebaut ist.

Aus den Fig. 1-4 (in denen das Aufhängesystem 14 weg gelassen ist) erkennt man, daß der innere Zahnradsatz 40 ein Sonnenrad 74 umfaßt, das integral mit der Ausgangswel le 24 des Motors 18 ausgebildet ist, ferner einen statio nären Planetenträger 72, eine Mehrzahl von Planetenträgern 76 sowie einen drehbaren Zahnring 78. Das Sonnenrad 74 bil det den Eingang zum inneren Getriebesatz 40 infolge der Drehung der Ausgangswelle 24. Jedes Planetenrad 76 ist dreh bar um einen entsprechenden axial verlaufenden Zapfen 80, welche integral mit dem Planetenträger 72 ausgebildet sind. Der stationäre Planetenträger 72 ist mittels Schrauben 27 fest an und zwischen der Spindel 12 und dem Gehäuse 26 be festigt und gehalten. Ferner ist der Planetenträger 72 fest am Gehäuse 26 mittels einer Mehrzahl von Schrauben 82 befestigt, wodurch der Zahnradsatz 40 am Motor 18 vor der Befestigung der Spindel 12 befestigbar ist. Die Planeten räder 76 sind drehbar auf den Zapfen 80 gelagert mittels eines doppelten Satzes von Lagernadeln 84, und jedes Planetenrad 76 kämmt mit dem Sonnenrad 74 und dem Zahnring 78, wobei der drehbare Zahnring 78 den Ausgang des Zahnradsatzes 40 bil det und mit Zähnen 85 kämmt, die am inneren Ende 86 der Zwischenwelle 44 ausgebildet sind, um die letztere bei Dreh ung des Zahnringes 78 anzutreiben. Da der Planetenträger 72 stationär ist und der Ausgang des Getriebes 40 durch den Zahnring 78 geliefert wird, ist das Getriebe 40 nicht ein konventionelles Planetengetriebe, sondern ein Planetenge triebe, das als Sterngetriebe bekannt ist. Die durch das Getriebe 40 erreichbare Drehzahlreduzierung wird erreicht relativ zu einem konventionellen Planetengetriebe, jedoch das Getriebe 40 kann mit Vorteil in der Erfindung verwendet werden wegen der relativ hohen Arbeitsdrehzahl des Motors 18, die 10.000-15.000 Umdrehungen je Minute betragen kann. Es kann jedoch auch ein konventionelles Planetengetriebe anstelle des Getriebes 40 verwendet werden, wobei in diesem Fall der Planetenträger 72 rotiert und eine genaue Aus wuchtung erfordert, um Schwingungsprobleme zu vermeiden. Ferner kann die Verwendung eines konventionellen Planeten getriebes in diesen Anwendungsfällen zu den Problemen und Nachteilen führen, wie sie auch beim Stand der Technik auf treten.

Gemäß Fig. 1 sind die Planetenräder 76 konventionelle Stirn räder, sie können aber auch Räder mit Schraubverzahnung sein mit den Vorteilen der Lärmreduzierung und höherer Festig keit. Es ist daher erforderlich, Mittel vorzusehen, um die Planetenräder 76 an einer Bewegung nach innen oder außen zu hindern, die durch Seitenbelastungen bei Schraubenrädern auf treten. Dies wird bei der Erfindung erreicht durch eine Mehrzahl von Scheiben 87, die an der Innenseite der Räder 76 und eine einzige Scheibe 88, die an der Außenseite der Räder 76 angeordnet sind. Jedes Planetenrad 76 wird durch eine der Scheiben 87 an einer axialen Einwärtsbewegung ge hindert, wobei jede Scheibe auf den Planetenträger 72 auf gekeilt ist mittels einer J-förmigen Lippe, die in Eingriff mit dem Träger 72 steht. Die äußere Scheibe 88 ist fest am Planetenträger 72 angebracht mittels einer Mehrzahl üblicher Schrauben 90, während eine einzige Schraube 90 benutzt wird, um die Scheibe 88 an jedem Zapfen 80 des Planetenträgers 72 zu befestigen, um dadurch eine Relativbewegung zwischen der Scheibe 88 und dem Planetenträger 72 zu vermeiden. Die Schei be 88 wird vorteilhafterweise anstelle einer Mehrzahl von Scheiben an der Außenseite des Planetenrades 76 verwendet, infolge der drehbaren Natur des Zahnringes 78 und dem Feh len einer angrenzenden stationären Struktur, die zum Be festigen der einzelnen Scheiben benutzt werden könnte. Wie Fig. 4 zeigt, ist ein Gehäuse 91 an der Spindel 12 befestigt, das dazu dient, nicht gezeigte elektrische Kabel des Motors 18 aufzunehmen.

Die Vorrichtung 10 ist modular in dem Sinne aufgebaut, daß allgemeine Teile einschließlich Motor 18 und seine oben beschriebenen Elemente sowie der Getriebesatz 40 verwendet werden können mit einer Anordnung, die ein einziges Dreh zahlreduziergetriebe aufweist zur Anwendung beispielsweise für kleinere Motorfahrzeuge, z. B. Hubwagen, wobei dies er reicht werden kann, indem ein geeigneter äußerer Deckel am Planetenträger 72 und am Gehäuse 26 des Motors 18 anstelle der Spindel 12 befestigt wird, wobei dieser Deckel operativ am Aufhängesystem 14 befestigbar ist.

Der äußere Getriebesatz 42 ist in den Fig. 1-5 darge stellt, (welche das Rad 46 und die Radträger 106 und 108 nicht zeigen), und es umfaßt ein Sonnenrad 92, das integral mit einem äußeren Ende 94 der Zwischenwelle 44 ausgebildet ist, wobei das Sonnenrad 92 den Eingang zum Getriebe 42 bildet.

Das Getriebe 42 hat ferner einen drehbaren Planetenträger 96, der den Ausgang des Getriebes 42 bildet, wobei der Planetenträger 96 eine Mehrzahl von axial verlaufenden Zap fen 98 aufweist. Eine Mehrzahl von Planetenrädern 100 ro tiert mit dem Träger 96, wobei jedes Rad 100 ferner um einen entsprechenden Zapfen 98, der integral mit dem Träger 96 ist, drehbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform be steht der Träger 96 aus einem Gußmaterial einschließlich der axial verlaufenden Zapfen 98, und ebenso ist der Plane tenträger 72 des Getriebes 40 mit seinen Zapfen 98 aus ei nem Gußmaterial hergestellt. Ein stationärer Zahnring 102 ist auf den äußeren Abschnitt 34 der Spindel 12 aufgekeilt, und eine Haltemutter 104 ist auf den äußeren Abschnitt 34 der Spindel 12 aufgeschraubt, wobei die Mutter 104 den Zahn ring 102 gegen den äußeren Abschnitt 34 der Spindel 12 an drückt und das Lager 30 zwischen dem Ring 102 und dem inne ren Abschnitt 32 der Spindel 12 hält. Jedes Planetenrad 100 kämmt mit dem Sonnenrad 92 und dem Zahnring 102. Der Pla netenträger 96 ist fest an der Radnabe 28 mittels Schrau ben 48 angebracht, und er ist operativ befestigbar an Rad trägern 106 und 108, die integral mit dem Rad 46 ausgebildet sind zum Zwecke des Antriebes des Rades 46. Ebenso wie beim Getriebe 40 sind die Planetenräder 100 drehbar auf den Zapfen 98 des Trägers 96 mittels eines doppelten Satzes von Nadellagern 110 gelagert, und ein einziger Druckring 112 ist zwischen den Planetenrädern 100 und dem Zahnring 102 ange ordnet und fest an jedem der Zapfen 98 des Trägers 96 mit tels Schrauben 114 befestigt. Der Ring 112 verhindert, daß die Planetenräder 100 sich axial einwärts bewegen. Eine Mehr zahl von äußeren Ringen 116 ist zwischen dem Planetenträger 96 und den Planetenrädern 100 angeordnet, wobei jeder Ring 116 am Träger 96 mittels einer inneren J-förmigen Lippe be festigt ist und die Ringe verhindern, daß die Räder 100 sich axial auswärts bewegen. Ein Drucklager 118 mit radial ausge richteten Lagerrollen ist zwischen dem äußeren Abschnitt 34 der Spindel 12 und dem äußeren Getriebe 42 eingebaut zur Aufnahme zur Druckbelastung, die auf das Getriebe 42 ausge übt werden.

Die relativen Positionen der Spindel 12, des Lagers 30 und der Radnabe 28 und ebenso die gebogene Ausbildung der Rad nabe 28 ermöglichen es der erfindungsgemäßen Vorrichtung, vorteilhaft das partielle vertikale Gewicht des Fahrzeuges (nicht gezeigt) auf das Fahrzeug-Aufhängesystem 14 in einer Weise zu übertragen, in der der Belastungsweg das äußere Ge triebe 42 umgeht, und dadurch unerwünschte Abweichungen oder Biegungen im Zahnradeingriff und den zugehörigen Lärm vermei det. Ein Teilgewicht des Fahrzeuges wird von einem den Boden berührenden Reifen (nicht gezeigt) über das individuelle Rad 46 und die Radträger 106 und 108 auf die drehbare Radnabe 28 und dann auf das Aufhängesystem 14 über das Lager 30 und die Spindel 12 übertragen, wobei das Lager 30 drehbar auf die Spindel 12 gelagert ist. Das Lager 30 hat ferner ein Paar axial beabstandeter Schrägrollenlager 120 und 122, die zwi schen dem drehbaren Außenring 36 und einem stationären In nenring 124 des Lagers 30 angeordnet sind. Das Lager 30 ist vorzugsweise optimal so positioniert, daß eine nicht gezeigte vertikale Mittellinie des Lagers 30 mit einer nicht gezeigten Mittellinie des den Boden berührenden Reifens fluchtet (nicht gezeigt), um die erforderliche optimale Lastverteilung und eine maximale Lagerlebensdauer während des Betriebes des Fahr zeuges zu schaffen. Bei optimaler Lage des Lagers 30 er geben sich aus der Tatsache, daß das Getriebe 40 und das Ge triebe 42 axial beabstandet oder geteilt sind, folgende Vor teile. Wenn das äußere Getriebe 42 axial benachbart zum inne ren Getriebe 40 an der Innenseite der Zwischenwelle 44 ange ordnet wäre, so wäre die Länge der Vorrichtung 10 von der vertikalen Mittellinie des Lagers 30 zur Stirnplatte 50 not wendigerweise höher, um das Getriebe 42 aufzunehmen. Demzu folge müßte die Vorrichtung 10 weiter innen auf die hori zontale Mittellinie (nicht gezeigt) des Fahrzeuges ange ordnet werden. Bei kommerziellen Anwendungen, von denen ausgegangen wird, und bei denen die Vorrichtung 10 verwen det wird, um ein individuelles Rad eines kommerziellen Busses anzutreiben, würde eine solche Änderung der Anordnung dazu führen, daß weniger Raum verfügbar ist für die Breite des Passagierganges im Bus. Ferner, wenn das Getriebe 42 an grenzend an das Getriebe 60 an der Innenseite der Zwischen welle 44 angeordnet würde, so würde die Drehzahl der Zwi schenwelle 44 reduziert, und der entsprechende Drehmoment eingang zur Zwischenwelle 44 würde erhöht werden, relativ zur Drehzahl und zum Drehmomenteingang bei der Welle 44 nach der Erfindung. Dies würde einen höheren Durchmesser für die Zwischenwelle 44 erfordern, was bei gegebener un veränderter Größe des Lagers 30 zu einer geringeren ra dialen Dicke des inneren Abschnittes 34 der Spindel 12 führen würde, was die Fähigkeit der Vorrichtung 10 beeinträchtigen könnte, die teilweise vertikale Last des Fahrzeuges auf die Aufhängung 14 zu übertragen.

Die räumliche Trennung des Getriebes 40 und des Getriebes 42 und ebenso die Lage des Lagers 30 zwischen den Getrie ben 40 und 42 und die Befestigung der Radnabe 28 am äußeren Ende 37 des Lagers 30 ermöglichen es ferner, die Bremse 126 der Vorrichtung 10 zwischen den Getrieben 40 und 42 einzu bauen. Die Integration der Bremse 126, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist, ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Wie Fig. 6 zeigt, hat die Bremse 126 ein Gehäuse 128, das ra dial getrennt von aber das Lager 30 und ein Kreuzstück 130 umgebend eingebaut ist, wobei durch das letztere die Bremse 126 an der Spindel 12 befestigt ist. Die Bremse 126 ist kon ventionell,und sie hat einen S-förmigen Nocken (nicht gezeigt), der in einem Nockengehäuse 132 angeordnet ist, wobei der Nocken die Bremsbeläge (nicht gezeigt) radial auswärts gegen eine Bremstrommel in üblicher Weise andrückt (nicht gezeigt). Wie Fig. 7 zeigt, steht das Nockengehäuse 132 vom Bremsge häuse 128 vor, und es hat eine Längsmittellinie 134, die in einem Winkel 135 relativ zur Achse 136 geneigt ist, welche allgemein parallel zur Längsmittellinie 138 des Motors ver läuft. Der Winkel 135 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis etwa 10°, und er beträgt besonders bevorzugt etwa 5°. Das Nockengehäuse 132 ist geneigt angeordnet, damit es dem Gehäuse 26 des Motors 18 nicht in die Quere kommt. Die An ordnung der Bremse 126 zwischen dem inneren Getriebe 40 und dem äußeren Getriebe 42 und das Lager 30 umgebend, verrin gern ferner den Platzbedarf von Rad und Vorrichtung 10. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Vorrichtung 10 ferner mit einer Einrichtung 140 zum Schmieren des Motors 80 und des Getriebes 40 ausgerüstet, wobei die Einrichtung 140 eine erste Einlaß öffnung 142 aufweist, die in einer radial äußeren Wand 144 des Gehäuses 26 des Motors 18 ausgebildet ist. Die Einlaß öffnung 142 steht in Strömungsverbindung mit einem axial verlaufenden Verteilerrohr 146, das in der Außenwand 144 liegt. Die Schmiereinrichtung 140 hat ferner eine innere Zu fuhröffnung 148, die im Gehäuse 26 ausgebildet ist, wobei die Öffnung 148 in Strömungsverbindung mit einem inneren Ende 150 des Verteilerrohres 146 und einer Kammer 152 steht, welche Wicklungen 154 des Stators 20 enthält. Das Verteilerrohr 146 hat ein äußeres Ende 156, das in Verbindung mit der Kammer 152 steht. Die Schmiereinrichtung 140 hat ferner eine zweite Einlaßöffnung 158, die durch eine Büchse 160 der Stirnplatte 150 gebildet ist, wobei die Büchse 160 ins innere Ende 58 der Ausgangswelle 24 des Motors 18 eingesetzt ist. Ein Schmier fluid 178, das ein handelsüblich verfügbares Öl-Kühlmittel enthält, wird mittels einer äußeren Quelle, die nicht Teil der Erfindung ist, der ersten Einlaßöffnung 142 und der zweiten Einlaßöffnung 160 zugeführt, einschließlich einer Ölpumpe und einem Ölkühler, am Fahrzeug angebracht sind (alles nicht dargestellt). Die Schmiereinrichtung 140 hat ferner eine axial verlaufende Passage 162, die durch die Mitte der Ausgangswelle 24 des Rotors 22 ausgebildet ist, wobei die Passage 162 in Strömungsverbindung mit der zwei ten Einlaßöffnung 160 steht. Eine Ablaßöffnung 164 ist im Gehäuse 26 des Motors 18 ausgebildet, wobei die Ablaß öffnung 164 allgemein diametral gegenüber zur ersten Ein laßöffnung 142 liegt. Die Ablaßöffnung 164 steht in Strö mungsverbindung mit einem Ablaßrohr 166, welches in Ver bindung mit der Kammer 152 steht, welche die Wicklungen 154 des Stators 20 enthält. Die Symmetrie, die geschaffen wird durch die Ablaßöffnung 164 und die diametral gegenüberlie gende erste Einlaßöffnung 142 und ebenso diejenige beim Verteilerrohr 146 und Ablaßrohr 166, erlaubt es, die Vor richtung 10 zu verwenden, um ein individuelles Rad anzu treiben, das auf der einen oder der anderen Seite des Fahr zeuges liegt, wobei die erste Zufuhröffnung 142 und die Ab laßöffnung 164 wie dargestellt gestaltet sind, um ein Rad auf einer ersten Seite des Fahrzeuges anzutreiben, während die Ablaßöffnung 164 die erste Einlaßöffnung wird, und die erste Einlaßöffnung 142 zur Ablaßöffnung wird, wenn die Vor richtung 10 verwendet wird, um ein Rad auf der gegenüber liegenden Seite des Fahrzeuges anzutreiben.

Die Büchse 160 und eine radial innere Fläche 168 der Aus gangswelle 24 sind radial relativ zueinander angeordnet, wie Fig. 3 zeigt, um den Strom des Schmiermittels zwischen ei ner äußeren Fläche 170 der Büchse 160 und der radial inne ren Fläche 168 der Ausgangswelle 24 zu steuern. Es ist er wünscht, zu verhindern, daß Schmiermittel zwischen der Büchse 160 und der Welle 24 in den Raum fließt, welcher den Kodierer 54 enthält und dadurch praktisch das gesamte Schmiermittel über den Kanal 162 zum Eintritt in die zweite Einlaßöffnung 158 zu dirigieren. Die Büchse 160 und die Welle 24 sind da her durch einen sehr kleinen ringförmigen Raum 172 getrennt, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform der radiale Ab stand zwischen der Büchse 160 und der Welle 24 etwa 0,0254 mm (0,001′) beträgt, wobei der Abstand aber auf dieses Maß nicht beschränkt ist. Die Büchse 160 ist daher im wesentlichen dicht auf der Ausgangswelle 24, wobei jedoch ein Dichtungs widerstand vermieden wird, der auftreten würde, wenn die Büchse 160 auf der Ausgangswelle 24 mittels einer konventio nellen Dichtung, z. B. mittels eines O-Ringes, abgedichtet würde, womit eine Reduzierung der Motorleistung infolge ei nes Dichtungswiderstandes vermieden wird.

Die Schmiereinrichtung 140 hat ferner erste und zweite in Umfangsrichtung beabstandete und radial verlaufende Kanäle 174 und 176, die in der Ausgangswelle 24 ausgebildet sind und in Strömungsverbindung mit dem axial verlaufenden Ka nal 162 stehen, der durch die Ausgangswelle 24 verläuft. Die Kanäle 174 und 176 sind axial voneinander beabstandet, wo bei die Kanäle 174 so angeordnet sind, daß sie Schmierfluid 178, das über die erste Einlaßöffnung 158 in den Kanal 162 eintritt, zu einem inneren Ende 180 der Wicklungen 154 des Stators 20 zuführen. Die Kanäle 176 sind so angeordnet, daß Schmierfluid 178 auf ein inneres Ende 182 des Rotors 22 trifft.

Die Schmiereinrichtung 140 hat ferner dritte, vierte und fünf te in Umfangsrichtung beabstandete und radial verlaufende Ka näle 184, 186 und 188, die in der Ausgangswelle 24 ausge bildet sind und in Strömungsverbindung mit dem Kanal 162 stehen. Die Kanäle 184, 186 und 188 sind axial relativ zu einander beabstandet. Die Kanäle 184 sind so angeordnet, daß sie Schmierfluid zu einem äußeren Ende 190 der Wicklungen 154 des Stators 20 zuführen, und die Kanäle 186 sind so an geordnet, daß Schmierfluid 178 auf ein äußeres Ende 192 des Rotors 22 trifft. Die Kanäle 188 sind so angeordnet, daß sie Schmierfluid 178 zum inneren Getriebe 40 zuführen. Die Schmier einrichtung 140 hat ferner eine Büchse 194, die im Kanal 162 der Ausgangswelle 24 angeordnet ist, wobei die Büchse 194 eine Öffnung 196 hat, die in Strömungsverbindung mit dem Kanal 162 steht. Durch die Öffnung 196 wird Schmierfluid 178 auf eine innere Oberfläche der Zwischenwelle 44 gerichtet. Eine Mehrzahl von geneigten Kanälen 200 ist durch einen Ver bindungsabschnitt 202 des Zahnringes 78 des Getriebes 40 ausgebildet, wobei die geneigten Kanäle 200 in Strömungs verbindung mit der Öffnung 196 stehen sowie mit einem Wälz lager 204, das zwischen dem inneren Abschnitt 32 der Spin del 12 und dem Zahnring 78 angeordnet ist. Das Wälzlager 204 stützt drehbar den Zahnring 78 und die Zwischenwelle 44 an der Spindel 12 ab, um den Zahnring 78 und die Zwischenwelle 44 zu lagern. Eine Dichtung 206 ist um den Zahnring 78 des Getriebes 40 angeordnet, wobei die Dichtung 206 in Dichtungs eingriff mit der Spindel 12 und der Zwischenwelle 44 steht. Die Dichtung 206 verhindert somit, daß Schmierfluid 178 nach außen wandert zwischen der Spindel 12 und der Welle 44 zum äußeren Getriebe 42.

Die Schmiereinrichtung 140 bildet ein Zwangsschmiersystem zum Schmieren des Motors 18 und des Getriebes 40. Die Schmier einrichtung 140 kann auch verwendet werden für einen Motor und ein einziges Reduziergetriebe, bestehend aus Motor 18, Getriebe 40 und zugehöriger Stirnplatte. Das äußere Getriebe 42 wird nicht durch die Schmiereinrichtung 140 geschmiert, sondern durch konventionelle Spritzschmierung, wobei ein Schmierfluid über einen Nippel 208 eingefüllt und abgeführt wird, der im Planetenträger 96 des äußeren Getriebes 42 ausgebildet ist.

Im Betrieb kann die Vorrichtung 10 verwendet werden, um das Rad 46 eines nicht gezeigten Fahrzeuges anzutreiben, wie nach folgend erläutert wird. Es wird ein Wechselstrom an den Mo tor 18 mittels einer nicht gezeigten Computersteuerung ge legt, wodurch die Ausgangswelle 24 des Rotors 22 mit relativ hoher Drehzahl rotiert, etwa im Bereich von etwa 3.000 bis et wa 15.000 Umdrehungen je Minute. Das Sonnenrad 74, das inte gral mit der Ausgangswelle 24 des Motors 18 ausgebildet ist, bildet den Eingang zum Reduziergetriebe 40, das koaxial zwi schen der Ausgangswelle 24 und der Zwischenwelle 44 liegt.

Der Zahnring 78 bildet den Ausgang des Getriebes 40 und treibt die Zwischenwelle 44 an, wodurch diese aufgrund der Drehung der Ausgangswelle 24 mit einer Drehzahl rotiert, die kleiner ist als die Drehzahl der Ausgangswelle 24. In einer bevorzugten Ausführungsform erreicht das Reduzierge triebe 40 ein Reduzierverhältnis von 4,29 : 1. Das Sonnen rad 92, das integral mit der Zwischenwelle 44 ausgebildet ist, bildet den Eingang zum äußeren Reduziergetriebe 42. Das äußere Reduziergetriebe 42 ist koaxial zwischen der Zwi schenwelle 44 und der Radnabe 28 eingebaut, wobei der Pla netenträger 96 den Ausgang des Getriebes 42 bildet, um die Radnabe 28 und das Rad 46 anzutreiben, das operativ mit der Radnabe 28 verbindbar ist, und zwar mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die Drehzahl der Zwischenwelle 44. In einer bevorzugten Ausführungsform erreicht das äußere Reduzier getriebe 42 ein Reduzierverhältnis von 5,29 : 1. Demzufolge wird mit der Vorrichtung 10 ein Gesamtreduzierverhältnis von 22,69 : 1 erreicht. Die Reduzierverhältnisse jedes oder beider Getriebe 40 und 42 können jedoch variiert werden, um ein Gesamtreduzierverhältnis der Vorrichtung 10 im Bereich von etwa 17 : 1 bis 30 : 1 zu schaffen.

Modifikationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind möglich. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Schmieren des Motors und des inneren Reduziergetriebes auch verwendet werden, um eine Vorrichtung mit einem Elektromotor und einem einzigen Reduziergetriebe zu schmieren. Ferner kann die besondere An ordnung der Bremse auch in anderen Anwendungsfällen benutzt werden, z. B. bei einer Vorrichtung zum Antreiben eines indi viduellen Rades eines Motorfahrzeuges, bei welcher das oder die Getriebe der Vorrichtung durch eine andere Antriebsquelle als einem Elektromotor angetrieben werden oder den Fällen, bei denen das Motorfahrzeug eine konventionelle Transaxle- Anordnung zum Antrieb gegenüberliegender Räder des Fahrzeuges verwendet. Schließlich können Durchmesser und Konstruktion der verschiedenen Zahnräder und ebenso die Zahl der Planeten räder verändert werden, ohne die Lehre der Erfindung zu beeinträchtigen.

Claims

1. Vorrichtung zum Antreiben eines individuellen Rades eines Motorfahrzeuges, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine stationäre ringförmige Spindel, die operativ an dem Fahrzeug befestigbar ist,
b) einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor eine drehbare Ausgangswelle hat, und der Motor durch die Spindel gehalten und einwärts von und ko axial zu der Spindel angeordnet ist;
c) eine Radnabe, die drehbar an und koaxial mit der Spindel montiert ist;
d) ein Radnabenlager, das zwischen einem inneren Abschnitt der Spindel mit vergrößertem Durch messer und der Radnabe angeordnet ist, wobei das Lager ferner auf einem äußeren Abschnitt der Spindel, der einen reduzierten Durchmesser hat, angeordnet ist und die Radnabe fest an einem drehbaren Außenring des Radnabenlagers angebracht ist;
e) ein inneres Drehzahl-Reduziergetriebe, daß in dem inneren Abschnitt der Spindel, der den ver größerten Durchmesser hat und koaxial zu der Spindel eingebaut ist, wobei ferner dieses inne re Getriebe koaxial zwischen der Ausgangswelle des Motors und einer Zwischenwelle eingebaut ist, um die Zwischenwelle bei Drehung der Ausgangswelle mit einer Drehzahl anzutreiben, die kleiner ist als die Drehzahl der Ausgangswelle;
f) sowie durch ein äußeres Drehzahlreduziergetriebe, das koaxial zur Spindel angeordnet ist, und das koaxial zwischen der Zwischenwelle und der Radnabe eingebaut ist, um die Radnabe und das Rad des Fahr zeuges zu drehen, welches operativ an der Radnabe befestigbar ist, mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die Drehzahl der Zwischenwelle.

2. Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Reduziergetriebe folgende Merkmale aufweist:

a) Ein Sonnenrad, das integral mit der Ausgangswelle des Motors ausgebildet ist und den Eingang zum in neren Getriebe bildet;
b) ein stationärer Planetenträger mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden Zapfen;
c) eine Mehrzahl von Planetenrädern, von denen jedes drehbar um einen dieser Zapfen ist;
d) ein drehbarer Zahnring, der den Ausgang des inne ren Getriebes bildet;
e) wobei jedes der Planetenräder mit dem Sonnenrad und dem Zahnring kämmt, und der Zahnring außerdem in Eingriff mit Zähnen ist, die am inneren Ende der Zwischenwelle ausgebildet sind;
f) und daß der Planetenträger durch die Spindel abge stützt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Drehzahlreduziergetriebe folgende Merk male aufweist:

a) ein Sonnenrad, das integral mit einem äußeren Ende der Zwischenwelle ausgebildet ist, und das den Ein gang zum äußeren Getriebe bildet;
b) ein drehbarer Planetenträger mit einer Mehrzahl von axial verlaufenden Zapfen, wobei der Plane tenträger den Ausgang des äußeren Getriebes bil det;
c) eine Mehrzahl von Planetenrädern, von denen jedes mit dem Planetenträger und um einen der Zapfen ro tiert;
d) ein stationärer Zahnring, der auf den äußeren Ab schnitt der Spindel aufgekeilt ist;
e) und daß jedes Planetenrad mit dem Sonnenrad und dem Zahnring kämmt und der Planetenträger fest an der Radnabe angebracht und operativ am Rad des Fahrzeuges befestigbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

a) jedes Planetenrad des inneren Getriebes daran ge hindert ist, sich axial nach außen zu bewegen, durch einen ersten Druckring, der zwischen den Planeten rädern und dem Zahnring des inneren Getriebes ange ordnet ist;
b) daß jedes Planetenrad des äußeren Getriebes daran gehindert ist, sich axial einwärts zu bewegen, durch einen zweiten Druckring, der zwischen den Planetenrädern und dem Zahnring des äußeren Ge triebes angeordnet ist;
c) und daß der erste Druckring fest am Planetenträger des inneren Getriebes und der zweite Ring fest am Planetenträger des äußeren Getriebes angebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Haltemutter aufweist, die auf den äußeren Abschnitt der Spindel geschraubt ist, daß ferner die Haltemutter den Zahnring des äußeren Ge triebes gegen die Spindel drückt und das Lager axial zwischen dem Zahnring des äußeren Getriebes und dem inneren Abschnitt der Spindel hält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

a) ein erstes Wälzlager, das zwischen einem äuße ren Gehäuse des Motors und einem inneren Ende der Ausgangswelle des Motors zum Abstützen die ses inneren Endes angeordnet ist;
b) ein zweites Wälzlager, das zwischen dem Planeten träger des inneren Getriebes und einem äußeren Ende der Ausgangswelle angeordnet ist, um die ses äußere Ende abzustützen;
c) ein drittes Wälzlager, das zwischen dem inneren Abschnitt der Spindel und dem Zahnring des inne ren Getriebes angeordnet ist, um diesen Zahnring des inneren Getriebes und die Zwischenwelle ab zustützen; und
d) ein Drucklager, das zwischen dem äußeren Abschnitt der Spindel und dem äußeren Getriebe eingebaut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ferner ein Paar axial beabstandeter Schrägrollenlager aufweist, und daß die Schrägrol lenlager zwischen dem drehbaren Außenring und einem stationären Innenring des Lagers angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bremse aufweist, welche ein Bremsge häuse umfaßt, welches das Lager und ein Kreuzstück umgibt, wobei die Bremse durch das Kreuzstück an der Spindel befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse ferner ein Nockengehäuse aufweist, welches vom Bremsgehäuse vor steht und eine Längs- Mittellinie hat, die in einem Winkel von etwa 3°-10° relativ zu einer Achse geneigt ist, die allgemein parallel zur Längs-Mittellinie des Motors ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ferner ein äußeres Gehäuse hat, welches den Rotor und den Stator umschließt, und daß das äußere Gehäuse mit dem Stator mittels eines Fest sitzes längs einer radial inneren und axial ver laufenden Oberfläche des äußeren Gehäuses verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum Schmieren des Motors und des inneren Getriebes, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung folgende Merkmale aufweist:

a) eine erste Einlaßöffnung, die in einer radial äußeren Wand des äußeren Gehäuses des Motors ausgebildet ist und die in Strömungsverbindung mit einem axial verlaufenden Verteilerrohr steht, das in dieser Außenwand angeordnet ist;
b) eine innere Zufuhröffnung, die im äußeren Ge häuse ausgebildet ist und die in Strömungsver bindung mit einem inneren Ende des Verteiler rohres sowie mit einer Kammer steht, welche Wicklungen des Stators enthält, und daß ein äußeres Ende des Verteilerrohres in Strömungs verbindung mit dieser Kammer steht;
c) eine zweite Einlaßöffnung, die durch eine Büchse gebildet ist, welche in ein inneres Ende der Ausgangswelle des Motors eingesetzt ist;
d) ein axial verlaufender Kanal, der in der Ausgangs welle ausgebildet ist und der in Strömungsver bindung mit der zweiten Einlaßöffnung steht;
e) eine Ablaßöffnung im äußeren Gehäuse, welche allgemein diametral gegenüber zur ersten Ein laßöffnung liegt und in Strömungsverbindung mit einem Ablaßrohr steht, welch letzteres in Strömungs verbindung mit der Kammer steht, die die Wick lungen des Stators enthält;
f) und daß die Büchse und eine radial innere Fläche der Ausgangswelle radial relativ zueinander so ange ordnet sind, daß der Fluß des Schmierfluides zwi schen einer äußeren Fläche der Büchse und der ra dial inneren Fläche der Ausgangswelle gesteuert wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung ferner eine erste und eine zweite Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten und radial verlaufenden Kanälen aufweist, welche in der Ausgangswelle ausgebildet sind und in Strömungsver bindung mit dem axial verlaufenden Kanal durch die Ausgangswelle stehen, daß ferner die erste und die zweite Gruppe von radial verlaufenden Kanälen axial beabstandet voneinander ist, und die erste Gruppe von Kanälen so angeordnet ist, daß dem inneren Ende der Wicklungen des Stators Schmierfluid zugeführt wird, und daß die zweite Gruppe von Kanälen so angeordnet ist, daß Schmierfluid auf ein inneres Ende des Ro tors trifft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung ferner eine dritte, eine vierte und eine fünfte Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten und radial verlaufenden Kanälen auf weist, die in der Ausgangswelle ausgebildet und in Strömungsverbindung mit dem axial verlaufenden Kanal durch die Ausgangswelle stehen, daß die dritte Gruppe von Kanälen so angeordnet ist, daß einem äußeren Ende der Wicklungen des Stators Schmierfluid zugeführt wird, daß die vierte Gruppe von Kanälen so angeordnet ist, daß Schmierfluid auf ein äußeres Ende des Rotors auf trifft, und daß die fünfte Gruppe von Kanälen so an geordnet ist, daß dem inneren Getriebe Schmierfluid zugeführt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiereinrichtung folgende Merkmale aufweist:

a) eine Büchse, die in dem axial verlaufenden Kanal der Ausgangswelle angeordnet ist, und die eine Öffnung in Strömungsverbindung mit dem axial verlaufenden Kanal hat, wobei durch diese Öff nung Schmierfluid an die Zwischenwelle geführt wird;
b) eine Mehrzahl von geneigten Kanälen, die durch einen Verbindungsabschnitt des Zahnringes des inneren Getriebes ausgebildet sind, wobei die geneigten Kanäle in Strömungsverbindung mit die ser Öffnung stehen und ein Wälzlager zwischen dem inneren Abschnitt der Spindel und dem Zahnring des inneren Getriebes angeordnet ist;
c) und daß eine Dichtung auswärts vom Zahnring des inneren Getriebes angeordnet ist, welche Dichtung in Dichtungseingriff mit der Spindel und der Zwischenwelle steht.