DE3545428A1 - Zusaetzlicher antriebsmotor, insbesondere radnabenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zusätzlichen Antriebsmotor, insbesondere für die lenkbaren Vorderräder eines mit Heckantrieb ausgestatteten Personenkraftwagens.

Kraftfahrzeuge mit mechanischem Allradantrieb sind bereits bekannt und haben sich bewährt. Es ist allerdings konstruktiv schwierig und aufwendig bei Fahrzeugen mit Heckantrieb die lenkbaren Vorderräder mit mechanischem Allradantrieb zu versehen. Der für einen mechanischen Allradantrieb erforderliche Aufwand wird dabei noch weiter dadurch erhöht, daß für den mechanischen Allradantrieb in der Regel noch eine neue Vorderachs-Konstruktion nötig wird.

Die vorliegende Erfindung bezweckt einen kompakten, wirkungsvollen und sicheren Zusatzantrieb zu schaffen, ohne daß ein hoher Aufwand erforderlich wird. Insbesondere bezweckt die Erfindung eine neue Vorderachs-Konstruktion zu vermeiden. Ganz allgemein soll durch die Erfindung ein Allradantrieb geschaffen werden, der insbesondere aber auch eine Anfahrtshilfe darstellt. Weiterhin soll es gemäß der Erfindung möglich sein, auch bereits vorhandene Fahrzeuge, die keinen Allradantrieb besitzen, nachzurüsten.

Zur Lösung dieser Aufgabe und zur Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik sieht die Erfindung als zusätzlichen Antrieb oder Antriebsmotor insbesondere für die lenkbaren Vorderräder eines mit Heckantrieb ausgestatteten Personenkraftwagens vor, daß ein hydraulischer Zusatzantrieb auf den Achsschenkeln der lenkbaren mechanisch nicht getriebenen Vorderräder eingebaut wird, so daß sich dadurch der gewünschte Allradantrieb ergibt.

Der gemäß der Erfindung auf diese Weise vorgesehene hydraulische Radnabenmotor ist vorzugsweise ein Axialkolbenmotor. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Axialkolbenmotor ein solcher der nach dem Schräg- oder Hubscheibenprinzip arbeitet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist bei dem eine Hubscheibe sowie einen mehrere Kolben führenden Zylinderblock aufweisenden Radnabenmotor vorgesehen, daß die Hubscheibe am Achsschenkel befestigbar ist, der Zylinderblock drehbar am Achsschenkel lagerbar ist und der Zylinderblock an seinem Außenumfang mit der Radnabe drehfest verbindbar ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Durch die Erfindung erreicht man ohne großen Aufwand einen Allradantrieb für ein Personenkraftfahrzeug welches ursprünglich nur für einen (mechanischen) Heckantrieb ausgelegt war. Ein besonderer Nachdruck der Erfindung liegt in dem Sicherheitsaspekt des Antriebs bei abgeschalteter Hydraulik.

Wird die Hydraulikversorgung ab einer gewissen Geschwindigkeit (z. B. 50 km/h) abgeschaltet und werden die Druckmittelzu- und abführleitungen (Arbeitsleitungen) mit dem Tank verbunden, so heben die nicht federbeaufschlagten Kolben mangels Druckmittelversorgung von der Hubscheibe ab und legen sich in die Sackbohrungen des Zylinderblocks. Der Zylinderblock läuft dann ohne Leerhub der Kolben mit der Nabe um. Durch die axiale Abstützung der Steuerflächen können hohe Relativgeschwindigkeiten von Zylinderblock und Achsschenkel gefahrlos und praktisch verlustfrei beherrscht werden. Ein Fressen oder Festbacken ist zwischen Axialflächen im Gegensatz zu einer radialen Ausbildung der Steuerflächen nicht denkbar. Insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten ist somit kein Sicherheitsnachteil durch den Hilfsantrieb vorhanden.

Obwohl die Erfindung vorzugsweise als Einzelradantrieb bei mit Heckantrieb ausgestatteten Personenkraftwagen oder dgl. einsetzbar ist, so ist sie doch auch mit Vorteil ganz allgemein im Kraftfahrzeugbau verwendbar.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch die Lageranordnung des Rades eines Kraftfahrzeuges, wobei die erfindungsgemäße Radnabenmotoranordnung dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Radnabenmotoranordnung 1 weist im wesentlichen einen Radnabenmotor 6 angeordnet zwischen einer Nabenvorrichtung (Nabe) 2 und einem Achsschenkel 10 auf. Die Nabe 2 ist durch Lager 3 und 4 auf dem Achsschenkel 10 drehbar gelagert. Der als hydraulischer Axialkolbenmotor ausgebildete Radnabenmotor 6 dient vorzugsweise im Bedarfsfalle dazu, ein Drehmoment auf die Radnabe 2 zu übertragen.

Der Radnabenmotor 6 weist im wesentlichen einen Zylinderblock 11 auf, der in einer Vielzahl von parallel zur Achse 7 des Achsschenkels 10 angeordneten Bohrungen 17 Kolben 12 enthält, die mit einer am Achsschenkel 10 befestigten Hubscheibe 13 zusammenwirken. Der Zylinderblock 11 ist drehbar am Achsschenkel 10 gelagert.

Der Zylinderblock 11 ist im ganzen ringförmig und besitzt eine Außenwand 14, eine Innenwand 15 und eine Bodenwand 16. Die Lagerung am Achsschenkel 10 erfolgt durch die Innenwand 15 sowie durch die Bodenwand 16, insbesondere aber durch die Innenwand 15 an der Lagerfläche 44 des Achsschenkels 10. In der Bodenwand 16 sind im Bereich der Bohrungen 17 jeweils Anschlußbohrungen 18 vorgesehen.

Auf die Kolben 12 wirkt keine Federkraft, sondern nur gegebenenfalls der Druck des Druckmediums.

Jeder Kolben 12 trägt ferner an seinem aus der Bohrung 17 herausragenden Ende eine Kugel 20, die auf der durch die Hubscheibe 13 definierten Hubkurve anliegt. An der Außenwand 14 ist eine Verzahnung 25 ausgebildet, die mit einer am Innenumfang der Nabe 2 angeordneten Verzahnung 24 in und außer Eingriff bringbar ist. Ferner drückt eine Feder 23, die von der Bodenwand 16 des Zylinderblocks 11 gebildete Steuerfläche 30 gegen eine vom Achsschenkel 10 gebildete Steuerfläche 31. Die Feder 23 ist eine Schraubenfeder und hat einen Durchmesser etwas größer als die Hubscheibe 13. Die Feder 23 stützt sich einerseits an der Nabe 2 und andererseits an der Oberseite 22 der Außenwand 14 ab. Gleichzeitig hat die Hubscheibe 13 einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser des Zylinderblocks 11. Die Steuerfläche 31 am Achsschenkel 10 verläuft senkrecht zu dessen Längsachse 7 und weist beispielsweise zwei nierenförmige Steuerschlitze 26, 27 auf, die derart geformt und angeordnet sind, daß das Druckmedium in einer für den Motorbetrieb geeigneten bekannten Weise zu- bzw. abgeführt wird. Die Steuerschlitze 26, 27 stehen über zugehörige Verbindungskanäle 41, 42 mit Ringkanälen 32, 33 in Verbindung, die ihrerseits mit einer Pumpe bzw. einem Tank verbunden sind. Der Anschlußkanal für den Ringkanal 33 ist mit 40, der Anschlußkanal für den Ringkanal 32 ist mit 45 bezeichnet. Arbeitsleitungen stehen mit den Anschlußkanälen 40, 45 einerseits sowie einer nicht gezeigten Hydropumpe bzw. einem Tank in Verbindung. Die Hydropumpe, die Radnabenmotore für zwei Räder und der Tank bilden vorzugsweise einen geschlossenen Kreislauf. Die Hydropumpe wird vom Otto- oder Dieselmotor des PkWs angetrieben.

In einer Bohrung des Achsschenkels 10 sind Ringkanalhälften 38, 37 gebildet. Die anderen Hälften der Ringkanäle 32, 33 werden durch einen in die erwähnte Bohrung eingesetzten Stopfen 34 gebildet, der zur Vervollständigung des Ringkanals 33 eine Ausdrehung 36 besitzt und zur Vervollständigung des Ringkanals 32 eine Verjüngung 39 aufweist. Der Stopfen 34 ist mit einem Schraubbolzen 35 am Achsschenkel 10 befestigt.

Ferner ist im Achsschenkel 10 ein Leckagesammelkanal 46 ausgebildet, der im wesentlichen längs der Achse 7 verläuft und die Leckage über einen Leckageabführkanal 47 (nur schematisch dargestellt) aus dem Achsschenkel 10 heraus zum Tank abführt.

Die Hubscheibe 13 ist, wie bereits erwähnt, am Achsschenkel 10 befestigt, und zwar vorzugsweise durch eine Verzahnung 21. Lagertragmittel 55 und 56 sind ebenfalls an dem Achsschenkel 10 befestigt und tragen die stationäre Hälfte des Lagers 3.

Die Nabe 2 wird durch einen die Verzahnung 24 tragenden Nabenringteil 51 sowie einen daran befestigten Lagerring 52 gebildet. Am Lagerring 52 ist der sich drehende Teil des Lagers 3 befestigt. Am Nabenringteil 51 ist der sich drehende Teil des Lagers 4 befestigt, wohingegen der stationäre Teil des Lagers 4 am Achsschenkel 10 anschließend an die Steuerfläche 31 vorgesehen ist. Eine nicht näher bezeichnete Abdeckung ist durch Schrauben 57 am Lagerring 52 befestigt und ferner ist durch Schraubbolzen 54 die Felge 53 des Rads an der Nabe 2 befestigt. Eine Verschlußkappe 58 dichtet den Achsschenkelraum ab.

Wenn beim Betrieb des Kraftfahrzeugs der Antrieb eines nicht mechanisch angetriebenen Rades, beispielsweise beider Vorderräder, erwünscht ist, so wird ein Druckmedium, üblicherweise Hydraulikflüssigkeit, dem Radnabenmotor 6 zugeführt. Die Zuführung der Druckflüssigkeit erfolgt beispielsweise über den Anschlußkanal 40, den Ringkanal 33 und die mit diesem in Verbindung stehenden Verbindungskanäle 41. Über die entsprechenden Steuerbohrungen 26 fließt Hydraulikflüssigkeit in die jeweils dort angeordneten Anschlußbohrungen 18 und beaufschlagt die entsprechenden Kolben 12. Gleichzeitig stehen die Bohrungen 17 der nicht zu beaufschlagenden Kolben 12 über ihre zugehörigen Anschlußbohrungen 18 mit Verbindungskanälen 42 in Verbindung, die ihrerseits am Ringkanal 32 enden. Der Ringkanal 32 steht, wie bereits erwähnt, über einen nicht gezeigten Abflußkanal mit dem Tank in Verbindung. Durch die einsetzende Drehung des Zylinderblocks 11 wird ein Drehmoment auf die Nabe 2 übertragen.

Wenn die nicht gezeigte Hydropumpe abgeschaltet ist, so sollen die Radnabenmotore 6 verlustfrei und sicher auf den zugehörigen Achsschenkeln 10 mitlaufen. Dies wird erreicht, indem der Zylinderblock 11 des Radnabenhydromotors 6 gegen den Achsschenkel 10 mit der axialen Steuerfläche 30 unter Einwirkung einer von der Feder 23 erzeugten Federkraft anliegt. Der auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten mitlaufende Zylinderblock 11 ist damit stets in der Lage unter Einfluß von Schmutz oder Temperaturveränderungen axial auszuweichen. Er kann also nicht festlaufen.

Mit dem Abschalten der Antriebspumpe legen sich die Kolben 12, die nicht federbelastet sind, in die Endlage der Zylinderbohrungen 17 und sind dabei von der Hubscheibe 13 getrennt. Die Kolben bleiben bei abgeschalteter Antriebspumpe entweder aufgrund ihrer Wandreibung in dieser Lage, können aber zusätzlich auch durch einen leichten Gehäuseüberdruck in dieser Lage gehalten werden. Mit Einschalten der Antriebspumpe kommen die Kolben 12 wieder zur Anlage gegen die Hubscheibe 13 und können dann ein Antriebsmoment an den Rädern erzeugen.

Der erfindungsgemäße Radnabenmotor ist wie dargestellt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Axialkolbenmotor. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erfindungsgemäße Radnabenmotor 6 ein Axialkolben- Mehrhubmotor, wie dies in der Figur gezeigt ist. Ein solcher Axialkolben-Mehrhubmotor ist an sich bereits bekannt. Der hier vorzugsweise eingesetzte Axialkolben-Mehrhubmotor weist an der Hubscheibe 13 drei Erhebungen und dementsprechend auch drei Vertiefungen auf, die mit den Kugeln 20 zusammenarbeiten. Vorzugsweise sind acht Kolben 12 vorgesehen. In diesem Falle erfolgt die Zufuhr des Druckmittels durch drei Verbindungskanäle 41 und die Druckmittelabfuhr erfolgt durch drei Verbindungskanäle 42. Die an den Enden der Verbindungskanäle 41 bzw. 42 vorgesehenen Steuerschlitze 26 bzw. 27 sind, wie an sich bekannt, nierenförmig. Die Verwendung eines Motors der gezeigten Art hat den Vorteil gegenüber einem einfachen Schrägscheibenmotor, daß man praktisch ein dreifaches Drehmoment erhält.

Claims (17)

1. Zusätzlicher Antriebsmotor insbesondere für die lenkbaren Vorderräder eines mit Heckantrieb ausgetatteten Personenkraftwagens, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nabe (2) jedes der Vorderräder ein Hydraulikmotor (6) angeordnet ist (Radnabenmotor).

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikmotor ein Axialkolbenmotor (6) ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialkolbenmotor (6) nach dem Schräg- oder Hubscheibenprinzip arbeitet.

4. Motor, insbesondere nach Anspruch 3, mit einer Hubscheibe (13) sowie einem mehrere Kolben (12) führenden Zylinderblock (11), dadurch gekennzeichnet, daß die Hubscheibe (13) am Achsschenkel (10) anordenbar ist, daß der Zylinderblock (11) drehbar am Achsschenkel (10) lagerbar ist, und daß der Zylinderblock (11) an seinem Außenumfang mit einer Radnabe (2) drehfest verbindbar ist.

5. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Achsschenkel (10) eine Steuerfläche (31) ausgebildet ist, die mit einer Steuerfläche(30) des Zylinderblocks (11) zusammenwirkt.

6. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Achsschenkelbolzen (10) die für die hydraulische Flüssigkeit erforderlichen Verteilerkanäle ausgebildet sind.

7. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Radnabenmotor als Mehrhubmotor ausgeführt ist.

8. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12) nicht federbeaufschlagt sind.

9. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubscheibe (13) mit dem Achsschenkel (10) an einer Stelle befestigt ist, die vom Befestigungsende des Achsschenkels (10) am Fahrzeugrahmen weiter entfernt liegt als die Stelle an der der Zylinderblock (11) drehbar am Achsschenkel (10) gelagert ist.

10. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich radial verlaufenden Steuerflächen (30, 31) axial wirkende Steuerflächen sind.

11. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (11) mit einer an seiner Außenwand (14) vorgesehenen Verzahnung (25) mit einer am Innenumfang der Nabe (2) angeordneten Verzahnung (24) in Eingriff steht.

12. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Federmittel (23) den Zylinderblock (11) mit dessen Steuerfläche (30) gegen die am Achsschenkel (10) ausgebildete Steuerfläche (31) drücken.

13. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel eine Schraubenfeder (23) sind, die sich an der Nabe (2) abstützt und gegen die Oberseite (22) der Außenwand (14) drückt.

14. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Achsschenkel (10) an dessen zum Fahrzeugrahmen hinweisenden Ende Ringkanäle unter Verwendung eines Stopfens (34) ausgebildet sind.

15. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Achsschenkel (10) ein Leckagesammelkanal (46) ausgebildet ist.

16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckagesammelkanal (46) im wesentlichen entlang der Längsachse (7) des Achsschenkels (10) verläuft und über einen ebenfalls im Achsschenkel (10) ausgebildeten Leckageabführkanal (47) mit einem Tank in Verbindung steht.

17. Motor für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor in der Nabe angeordnet ist und durch einen Axialkolben- Mehrhubmotor gebildet wird.