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Die Erfindung betrifft ein Radantriebsmodul zum Antrieb und zur Lenkung eines Rades, wobei das Rad durch zwei Antriebsmotoren antreibbar und zugleich lenkbar ist.
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Im Stand der Technik sind bereits eine Vielzahl von Radantriebsmodulen und Radantriebskonzepten für die verschiedensten Anwendungsgebiete bekannt. Sollen die Radantriebskonzepte in einem einzelnen Modul gebündelt werden, ist es vorteilhaft, wenn dieses kompakt aufgebaut ist und folglich nur einen geringen Platzbedarf aufweist. Insbesondere bei der Verwendung eines derartigen Radantriebsmoduls für Logistikanwendungen, beispielsweise bei Transportschlitten, ist eine geringe Bauhöhe vorteilhaft. Bei den im Stand der Technik bekannten Konzepten wird ein das Rad antreibender Motor oft in der Höhe versetzt zu dem Rad und einem zwischen dem Motor und dem Rad geschalteten Getriebe angeordnet. Daraus ergibt sich, dass die Gesamtbauhöhe des Radantriebsmoduls zumindest durch die Summe der Bauhöhen des Motors, des Rades und zum Teil des Getriebes bestimmt wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Radantriebsmodul bereitzustellen, das eine geringe Bauhöhe aufweist und als eine kompakte und in ihrer Herstellung kostengünstige Baueinheit bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Radantriebsmodul zum Antrieb und zur Lenkung eines Rades vorgeschlagen. Hierfür umfasst das Radantriebsmodul das Rad, einen ersten Antriebsmotor, einen zweiten Antriebsmotor und ein Getriebe. Das Rad, das mit dem Radantriebsmodul angetrieben und gelenkt werden soll, ist mit dem Getriebe wirkverbunden und über den ersten Antriebsmotor und den zweiten Antriebsmotor, die über das Getriebe auf das Rad wirken, zugleich antreibbar und lenkbar. Aus dem ersten Antriebsmotor erstreckt sich eine erste Motorwelle zum Antrieb des Getriebes in eine erste Motorwellenrichtung, die von dem ersten Antriebsmotor rotierbar ist und beispielsweise über ein erstes Ritzel das Getriebe antreibt. Analog erstreckt sich aus dem zweiten Antriebsmotor eine zweite Motorwelle zum Antrieb des Getriebes in eine zweite Motorwellenrichtung, die von dem zweiten Antriebsmotor rotierbar ist und beispielsweise über ein zweites Ritzel das Getriebe antreibt. Der erste und der zweite Antriebsmotor sind entgegengesetzt zueinander angeordnet und dadurch die erste Motorwellenrichtung und die zweite Motorwellenrichtung zueinander entgegengesetzt ausgerichtet bzw. bestimmt. Der erste Antriebsmotor und der zweite Antriebsmotor erstrecken sich ferner parallel zu der ersten und zweiten Motorwellenrichtung über einen gemeinsamen Überlappungsabschnitt. Die Antriebsmotoren sind folglich achsparallel und nebeneinander angeordnet, wobei die ihnen zugeordneten Motorwellen in entgegengesetzte Richtungen weisen.
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Eine vorteilhafte, weil besonders kompakte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Überlappungsabschnitt 50-90% der gesamten Erstreckung des ersten Antriebsmotors und des zweiten Antriebsmotors parallel zu der ersten und zweiten Motorwellenrichtung beträgt.
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Die Antriebsmotoren können ferner ein Motorgetriebe aufweisen, welches unmittelbar an dem jeweiligen Antriebsmotor anordenbar ist und aus welchem sich die jeweilige Motorwelle heraus erstreckt. Soweit ein Motorgetriebe vorhanden ist bildet es mit dem jeweiligen Antriebsmotor eine Baueinheit, so dass sich die gesamte Erstreckung des jeweiligen Antriebsmotors aus einer Summe der Erstreckung des eigentlichen Motors und des ihm zugeordneten Motorgetriebes ergibt.
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Das Getriebe weist bei einer vorteilhaften Weiterbildung ein erstes und ein zweites Antriebszahnrad auf, die unabhängig voneinander um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar sind. Ferner umfasst das Getriebe eine Abtriebswelle, welche um eine Radachse des Rades drehbar sowie von dem ersten und dem zweiten Antriebszahnrad antreibbar ist. Die Abtriebswelle ist mit dem Rad verbunden und das Rad durch die Abtriebswelle antreibbar. Durch eine erste Rotation des ersten Antriebszahnrads und eine zweite Rotation des zweiten Antriebszahnrads um ihre gemeinsame Rotationsachse ist die Abtriebswelle mit dem Rad um die Radachse antreibbar und um die Rotationsachse drehbar. Die erste Motorwellenrichtung und die zweite Motorwellenrichtung erstrecken sich parallel zu der Rotationsachse. Die Abtriebswelle bzw. die Radachse, um welche die Abtriebswelle und das Rad rotierbar sind, erstreckt sich vorzugsweise orthogonal zu der Rotationsachse des ersten und zweiten Antriebszahnrads.
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Die Abtriebswelle ist vorzugsweise mit einem Abtriebszahnrad versehen, das zwischen dem ersten Antriebszahnrad und dem zweiten Antriebszahnrad angeordnet ist und mit seiner Verzahnung in diese bzw. in die Verzahnungen der Antriebszahnräder eingreift.
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Das erste und das zweite Antriebszahnrad sind vorzugsweise als ein verzahnter Drehkranz bzw. Zahnkranz ausgeführt. Zur Verzahnung mit einem Ritzel oder einem Zwischenrad weisen die Zahnkränze jeweils vorzugsweise eine erste Verzahnung und zur Übertragung der Rotation auf das Abtriebszahnrad eine zweite Verzahnung auf, die zu der ersten Verzahnung vorzugsweise orthogonal ausgerichtet ist.
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Rotieren das erste Antriebszahnrad und das zweite Antriebszahnrad mit einer identischen Rotationsgeschwindigkeit aber in entgegengesetzte Richtungen um ihre gemeinsame Rotationsachse, wird die Abtriebswelle über das Abtriebszahnrad um die Radachse rotiert, ohne dass sich die Position des Rades um die Rotationsachse verändert. Erfolgt keine Positionsänderung der Abtriebswelle bzw. des Rades gegenüber der Rotationsachse der Antriebszahnräder wird dadurch ein Antrieb des Rades ohne eine Lenkbewegung um die Rotationsachse der Antriebszahnräder umgesetzt. Weist die Rotation der Antriebszahnräder bzw. die Rotationsgeschwindigkeiten der Antriebszahnräder eine Differenz auf, wird das Rad zugleich angetrieben und um die Rotationsachse der Antriebszahnräder gedreht, wodurch es während des Antriebs bzw. Vortriebs gleichzeitig eine Lenkbewegung an dem Rad umgesetzt wird. Eine Rotation der Antriebszahnräder mit einer identischen Drehzahl in eine identische Rotationsrichtung führt zu einer Lenkbewegung, bei welcher das Rad blockiert bzw. sich nicht um die Radachse dreht und nicht angetrieben wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildungsvariante sieht vor, dass das erste Antriebszahnrad des Getriebes durch eine erste Antriebs-Zahnradpaarung von der ersten Motorwelle antreibbar ist, und ferner das zweite Antriebszahnrad des Getriebes durch eine zweite Antriebs-Zahnradpaarung von der zweiten Motorwelle antreibbar ist. Die erste Antriebs-Zahnradpaarung ist entlang der Rotationsachse zu der zweiten Antriebs-Zahnradpaarung mit einen Versatzmaß beabstandet. Das Versatzmaß wird vorzugsweise von dem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnrad und dem zwischen den Antriebszahnrädern liegenden Abtriebszahnrad bestimmt.
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Bei einer Ausbildungsalternative ist vorgesehen, dass die erste Motorwelle ein erstes Ritzel aufweist. Das erste Ritzel greift entweder in das erste Antriebszahnrad ein und bildet mit ihm die erste Antriebs-Zahnradpaarung oder das erste Ritzel greift in ein erstes Zwischenrad des Getriebes ein. Wird ein erstes Zwischenrad verwendet, ist dieses zwischen dem ersten Ritzel und dem ersten Antriebszahnrad angeordnet, greift mit seiner Verzahnung in diese ein und bildet mit ihnen bzw. mit dem ersten Antriebszahnrad die erste Antriebs-Zahnradpaarung.
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Ferner ist analog vorgesehen, dass die zweite Motorwelle ein zweites Ritzel aufweist. Das zweite Ritzel greift entsprechend entweder in das zweite Antriebszahnrad ein und bildet mit ihm die zweite Antriebs-Zahnradpaarung oder das zweite Ritzel greift in ein zweites Zwischenrad des Getriebes ein. Wird ein zweites Zwischenrad verwendet, ist dieses zwischen dem zweiten Ritzel und dem zweiten Antriebszahnrad angeordnet, greift mit seiner Verzahnung in diese ein und bildet mit ihnen bzw. mit dem zweiten Antriebszahnrad die zweite Antriebs-Zahnradpaarung.
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Durch das jeweilige als Zahnrad ausgebildete Zwischenrad wird ein Übersetzungsverhältnis zwischen der jeweiligen Motorwelle bzw. dem jeweiligen Ritzel und dem jeweiligen Antriebszahnrad bestimmt. Dabei kann das Übersetzungsverhältnis auch 1 sein, so dass das Zwischenrad lediglich der Kraft- und Rotationsübertragung von dem Ritzel auf das Antriebszahnrad bei gleichzeitiger Beabstandung des Ritzels von dem Antriebszahnrad dient.
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Der Überlappungsabschnitt des ersten Antriebsmotors und des zweiten Antriebsmotors ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zwischen der ersten und der zweiten Antriebs-Zahnradpaarung angeordnet. Durch das Abtriebszahnrad sind die Antriebszahnräder zwangsweise voneinander beabstandet, wobei durch die Anordnung des Überlappungsabschnitts zwischen der ersten und der zweiten Antriebs-Zahnradpaarung der vorhandene Zwischenraum zwischen den Antriebs-Zahnradpaarungen zur Integration des ersten und zweiten Antriebsmotors ausgenutzt wird, um die kompakte Bauweise darzustellen.
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Bei einer weiteren Variante des Radantriebsmoduls sind der erste Antriebsmotor und der zweite Antriebsmotor vollständig zwischen der ersten und zweiten Antriebs-Zahnradpaarung angeordnet. Die jeweilige Motorwelle erstreckt sich dabei aus dem jeweiligen Antriebsmotor und aus dem Zwischenraum zwischen den Antriebs-Zahnradpaarungen heraus.
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Ferner ist von Vorteil, dass der erste Antriebsmotor und/oder der zweite Antriebsmotor bei einer Weiterbildung der Erfindung parallel zu der Rotationsachse einen Längenmaß aufweisen/aufweist, das gleich oder kleiner dem Versatzmaß zwischen der ersten Antriebs-Zahnradpaarung und der zweiten Antriebs-Zahnradpaarung ist.
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Die erste und die zweite Motorwelle des jeweiligen Antriebsmotors sind gegenüber der Rotationsachse der ersten und der zweiten Antriebszahnräder bei einer weiteren Ausbildungsvariante in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.
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Zusätzlich oder alternativ dazu sind die erste Motorwelle und die zweite Motorwelle gegenüber der Rotationsachse der ersten und zweiten Antriebszahnräder in einer Radialrichtung der Antriebszahnräder zueinander versetzt. Die Motorwellen und die jeweils zugehörigen Antriebsmotoren können dadurch beispielsweise mit einer jeweiligen Symmetrieachse auf einer von der Rotationsachse ausgehenden Geraden angeordnet werden, wodurch sich eine aus einer Draufsicht in Rotationsrichtung besonders schmale Bauform des Radantriebsmoduls ergibt.
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Vorteilhaft ist zudem eine Ausbildungsvariante des Radantriebsmoduls, bei welcher der erste und der zweite Antriebsmotor in eine Umfangsrichtung der Rotationsachse aneinander angrenzend angeordnet sind.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein erstes Radantriebsmodul aus einer Seitenansicht;
- 2 ein zweites Radantriebsmodul aus einer Draufsicht;
- 3 ein drittes Radantriebsmodul aus einer Seitenansicht;
- 4 ein viertes Radantriebsmodul aus einer Seitenansicht;
- 5 eine perspektivische Darstellung eines Radantriebsmoduls.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In 1 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Radantriebsmoduls 1 dargestellt. Ein erster Antriebsmotor 11 und ein zweiter Antriebsmotor 21 sind sich einander in der Seitenansicht überlagernd dargestellt, wobei der zweite Antriebsmotor 21 ausschnittsweise gezeigt ist, so dass der dahinterliegende erste Antriebsmotor 11 deutlich zu erkennen ist. Aus den Antriebsmotoren 11, 21 erstreckt sich jeweils eine Motorwelle 12, 22, wobei an der ersten Motorwelle 12 ein erstes Ritzel 13 und an der zweiten Motorwelle 22 ein zweites Ritzel 23 angeordnet sind. Das erste Ritzel 13 greift in ein erstes Zwischenrad 14 und das erste Zwischenrad 14 in das erste Antriebszahnrad 15 ein, wodurch der erste Antriebsmotor 11 über eine Rotation der ersten Motorwelle 12 das erste Antriebszahnrad 15 um die Rotationsachse R rotierend antreibt. Analog hierzu greift das zweite Ritzel 23 in ein zweites Zwischenrad 24 ein, welches in das zweite Antriebszahnrad 25 eingreift, so dass durch den zweiten Antriebsmotor 21 über eine Rotation der zweiten Motorwelle 22 das zweite Antriebszahnrad 25 um die Rotationsachse R rotierend antreibbar ist.
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Das erste und das zweite Antriebszahnrad 15, 25 sind um ihre gemeinsame Rotationsachse R rotierbar gelagert. Das erste und das zweite Zwischenrad 14, 24 rotieren um eine jeweils eigene Rotationsachse, welche wie in 2 dargestellt deckungsgleich, jedoch auch zueinander in Radialrichtung RA oder Umfangsrichtung UM der Antriebszahnräder 15, 25 verschoben sein können.
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Durch ein zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnrad 15, 25 angeordnetes Abtriebszahnrad 32, das an einer Abtriebswelle 31 befestigt ist, wird zwischen dem ersten und zweiten Antriebszahnrad 15, 25 ein Versatzmaß X bestimmt. Der erste und der zweite Antriebsmotor 11, 21 sind zumindest abschnittsweise zwischen den Antriebszahnrädern 15, 25 angeordnet, wodurch sie sich zumindest zum Teil entlang des Versatzmaßes X erstrecken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist der erste und der zweite Antriebsmotor 11, 21 vollständig innerhalb des Versatzmaßes X angeordnet, womit die entlang der Rotationsachse gemessene Bauhöhe der Antriebseinheit 1 von dem Versatzmaß X und der jeweiligen Dicke der Zahnräder, insbesondere der Antriebszahnräder 15, 25, entlang der Rotationsrichtung R bestimmt ist. Der Überlappungsabschnitt Ü über welchen sich der erste und der zweite Antriebsmotor 11, 21 aus der Seitenansicht gesehen in der gezeigten Ausführung um ca. 85% überlappen, liegt bei der gezeigten Ausführung der 1 vollständig innerhalb des Versatzmaßes X. Zum Antrieb des ersten bzw. zweiten Antriebszahnrades 15, 25 weisen die erste und zweite Motorwelle 12, 22 in zueinander entgegengesetzte Richtung. Die erste Motorwellenrichtung 12' und die zweite Motorwellenrichtung 22' sind entsprechend zueinander entgegengesetzt, jedoch zueinander und zu der Rotationsachse R parallel.
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2 zeigt ein Radantriebsmodul 1 aus der Draufsicht, wobei sich das erste Antriebszahnrad 15 und das zweite Antriebszahnrad 25 in der Darstellung überdecken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel überlagern sich zudem das erste Zwischenrad 14 und das zweite Zwischenrad 24 in der Draufsicht, wobei diese in einer alternativen Ausführungsvariante auch in Umfangsrichtung UM um die Rotationsachse R zueinander beabstandet sein können. Die erste Motorwelle 12 mit dem daran befestigten ersten Ritzel 13 ist von der zweiten Motorwelle 22 mit dem zweiten Ritzel 23 in Umfangsrichtung UM um die Rotationsachse R um den Winkel α verschoben, wodurch sie nebeneinander angeordnet sind. Der erste Antriebsmotor 11 ist in der schematischen Darstellung durch die Draufsicht unterhalb des ersten Ritzels 13 und das zweite Ritzel 23 mit der zweiten Motorwelle 22 unterhalb des zweiten Antriebsmotors 21 angeordnet, wobei der erste Antriebsmotor 11 und der zweite Antriebsmotor 21 auch in ihrem jeweiligen Durchmesser größer als das jeweilige Ritzel 13, 23 ausgebildet und unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sein können. Bei der Ausführungsvariante, wie sie in 2 offenbart ist, sind der erste Antriebsmotor 11 und der zweite Antriebsmotor 21 in Radialrichtung RA gleich weit von der Rotationsachse R beabstandet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Antriebsmotoren 11, 21 mit einem sich unterscheidenden Abstand von der Rotationsachse R anzuordnen. Beispielsweise können die Antriebsmotoren unabhängig voneinander um die jeweilige Rotationsachse des jeweiligen Zwischenrades 14, 24 verschoben angeordnet werden.
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In 2 ist zudem zur besseren Veranschaulichung des Lenkvorgangs das Rad 30 in einer Ausgangslage und in einer in Umfangsrichtung UM um die Rotationsachse R verschobenen Lage dargestellt. Das ausgelenkte Rad 30' ist hierbei gestrichelt dargestellt.
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Das in 3 offenbarte Radantriebsmodul 1 ist ohne das Abtriebszahnrad 32, die Abtriebswelle 31 und das Rad 30 dargestellt und ohne ein zweites Zwischenrad 24 ausgeführt. Durch das Weglassen des zweiten Zwischenrades 24 greift das zweite Ritzel 23 unmittelbar in das zweite Antriebszahnrad 25 ein und treibt dieses an. Der zweite Antriebsmotor 21 rückt dadurch in Radialrichtung der Antriebszahnräder 15, 25 näher an diese heran. Der erste und der zweite Antriebsmotor 11, 21 können zudem in Radialrichtung RA zueinander benachbart angeordnet werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Ritzel 13 und dem ersten Zwischenrad 14 ist vorzugsweise 1:1, wodurch das zweite Ritzel 23 das zweite Antriebszahnrad 25 und das erste Ritzel 13 das erste Antriebszahnrad 15 über das erste Zwischenrad 14 mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis antreiben.
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Die Ausführungsform, wie sie in 4 dargestellt ist, entspricht im Wesentlichen der Ausbildungsvariante der 3, wobei sich der erste Antriebsmotor 11 über das Versatzmaß X hinaus erstreckt und abschnittsweise parallel zu dem zweiten Antriebszahnrad 25 angeordnet ist, wobei er sich entlang der Rotationsachse R nicht über das Antriebszahnrad 25 hinaus erstreckt. Wird der erste oder der zweite Antriebsmotor 11, 21 aus einer Draufsicht nicht von dem jeweils anderen Zwischenrad 14, 24 oder dem jeweils anderen Antriebszahnrad 15, 25 überlagert, kann der jeweilige Antriebsmotor 11, 21 über das Versatzmaß X hinausstehen, wobei er sich innerhalb des Versatzmaßes X weiterhin über das Überlappmaß Ü parallel zu dem anderen Antriebsmotor 11, 21 erstreckt.
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Bei der perspektivisch und schematisch dargestellten Ausführungsform des Radantriebsmoduls 1 der 5, handelt es sich um eine Variante, bei welcher das Rad 30 nicht außerhalb des ersten und zweiten Antriebszahnrads 15, 25, sondern innerhalb eines durch die Antriebszahnräder 15, 25 bestimmten Radaufnahmeraums 20 angeordnet ist. Die Antriebszahnräder 15, 25 sind jeweils als ein Zahnkranz bzw. ein Planrad ausgeführt, der/das ringförmig ausgebildet ist und eine zu dem Abtriebszahnrad 32 und eine zu dem jeweiligen Zwischenrad 14, 24 weisende Verzahnung aufweist. Insbesondere ist durch die perspektivische Darstellung die Anordnung des ersten und des zweiten Antriebsmotors 11, 21 zueinander zu erkennen. Diese sind unmittelbar aneinander angrenzend und sich aus einer Seitenansicht in ihre Längsrichtung entlang der Rotationsachse R überlagernd angeordnet. Zugleich weisen die Antriebsmotoren 11, 21 mit ihrer jeweiligen Motorwelle 12, 22 und dem jeweiligen Ritzel 13, 23 eine gemeinsame Längenerstreckung entlang der Rotationsachse R auf, welche durch die Überlagerung der Antriebsmotoren 11, 21 in Summe gleich oder kleiner dem Abstand der entlang der Rotationsachse R voneinander abgewandten Seiten der ersten und zweiten Antriebszahnräder 15, 25 zueinander ist.
