DE3545429A1 - Zusaetzlicher antriebsmotor, insbesondere radnabenmotor mit intern angesteuerter schiebehuelse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zusätzlichen Antriebs­ motor, insbesondere für die lenkbaren Vorderräder eines mit Heckantrieb ausgestatteten Personenkraftwagens oder dgl.

Kraftfahrzeuge mit mechanischem Allradantrieb sind bereits bekannt und haben sich bewährt. Es ist allerdings konstruk­ tiv schwierig und aufwendig bei Fahrzeugen mit Heckantrieb die lenkbaren Vorderräder mit mechanischem Allradantrieb zu versehen. Der für einen mechanischen Allradantrieb erfor­ derliche 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, wirkungs­ vollen und sicheren Zusatzantrieb zu schaffen, ohne daß ein hoher Aufwand erforderlich wird. Insbesondere bezweckt die Er­ findung eine neue Vorderachs-Konstruktion zu vermeiden. Ganz allgemein soll durch die Erfindung ein Allradantrieb geschaffen werden, der insbesondere aber auch eine Anfahrts­ hilfe darstellt. Weiterhin soll es gemäß der Erfindung mög­ lich sein, auch bereits vorhandene Fahrzeuge, die keinen All­ radantrieb 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 ausgestattenten Personen­ kraftwagens vor, daß ein hydraulischer Zusatzantrieb auf den Achsschenkeln der lenkbaren mechanisch nicht getriebenen Vor­ derräder eingebaut wird, so daß sich dadurch der gewünschte Allradantrieb ergibt.

Der gemäß der Erfindung auf diese Weise vorgesehene hydrauli­ sche Radnabenmotor ist vorzugsweise ein Axialkolbenmotor. Ge­ mäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Axialkolbenmotor ein solcher, der nach dem Schräg- oder Hubscheibenprinzip arbeitet. Ganz besonders wird ein Axialkolben-Mehrhubmotor bevorzugt.

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

Durch die Erfindung erreicht man ohne großen Aufwand einen All­ radantrieb für ein Personenkraftfahrzeug, welches ursprünglich nur für einen mechanischen Heckantrieb ausgelegt war. Ein be­ sonderer Nachdruck der Erfindung liegt in dem Sicherheitsaspekt des Antriebs bei abgeschalteter Hydraulik.

Hinsichtlich der vorstehenden Maßnahmen sei auf das deutsche Patent Nr. ... (deutsche Patentanmeldung der Anmelderin vom gleichen Tage, Zeichen: IN-7760, Titel: Zusätzlicher Antriebs­ motor, insbesondere Radnabenmotor) hingewiesen. Die gesamte Of­ fenbarung dieser Anmeldung ist auch als Teil dieser Anmeldung anzusehen. Eine Kopie dieser Anmeldung ist beigefügt.

Es sei ferner auf das deutsche Patent ... (deutsche Patentan­ meldungen der BMW AG vom gleichen Tage, Eigenes Zeichen ......., Titel: "Hilfsantrieb" hingewiesen.

In diesem Patent wird ein Radnabenmotor beschrieben, dessen Zylinderblock mittels einer schaltbaren hydraulischen Schiebe­ hülse in die Radnabe eingekuppelt werden kann. Die Druckmit­ telzufuhr zum Ein- und Auskuppeln der Schiebehülse erfolgt da­ bei über einen externen Steuerkanal. Die Führung des Steuer­ kanals durch den Achsschenkel in den drehenden Zylinderblock und von dort in die Schiebehülse ist aufgrund der beengten Platzverhältnisse fertigungstechnisch anspruchsvoll. Auch sind Leckverluste bedingt durch den Ringkanal mit großem Durchmes­ ser erheblich und das axiale Gleichgewicht des Zylinderblocks ist gestört.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird be­ zweckt, die Steuerung der Schiebehülse zu vereinfachen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird kurz gesagt dadurch gelöst, daß eine Verbindungsbohrung vorgesehen wird, die von einer be­ liebigen Kolbenbohrung des Zylinderblocks in einen für die Schiebehülse vorgesehenen Arbeits- oder Verdrängerraum mündet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung dieses Aspekts der Erfin­ dung wird beim Einschalten der den Radnabenmotor versorgenden Hydropumpe dafür Sorge getragen, daß der Druck in den beiden Arbeitsleitungen auf ein Niveau angehoben wird, bei welchem die Schiebehülse entgegen der Kraft einer Feder einkuppelt. Vorzugsweise wird der Radnabenmotor in einem geschlossenen Kreislauf betrieben.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Lageranordnung eines me­ chanisch nicht angetriebenen Rades eines Kraftfahr­ zeugs;

Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 im Bereich eines Kol­ bens, wobei der Zylinderblock gegenüber der Nabe ausgekuppelt ist;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, wobei der Zylinder­ block eingekuppelt ist; und

Fig. 4 eine Schnittansicht längs Linie 4-4 in Fig. 2.

Die in Fig. 1 in einem Axialschnitt gezeigte erfindungsgemäße Radnabenmotoranordnung 1 weist im wesentlichen einen Radnabenmo­ tor 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 hydrauli­ scher Axialkolbenmotor ausgebildete Radnabenmotor 6 dient vor­ zugsweise 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 zu­ sammenwirken. 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 La­ gerung 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 Boden­ wand 16 sind im Bereich der Bohrungen 17 jeweils Anschlußboh­ rungen 18 vorgesehen.

Auf jeden Kolben 12 wirkt die Kraft einer Feder 19, die in Boh­ rung 17 in der in Fig. 1 gezeigten Weise angeordnet ist. Jeder Kolben 12 trägt ferner an seinem aus der Bohrung 17 herausra­ genden Ende eine Kugel 20, die auf der durch die Hubscheibe 13 definierten Hubkurve anliegt.

An der Außenwand 14 ist eine in Richtung der Achse 7 verschieb­ bare Schiebehülse (Schaltmittel) 60 angeordnet und außen mit einer Verzahnung 25 ausgestattet, die mit einer am Innenum­ fang der Nabe 2 angeordneten Verzahnung 24 in und außer Ein­ griff bringbar ist.

Eine zur Axial-Steuerung des Motors 6 dienende Steuerfläche 30 ist an Bodenwand 16 ausgebildet und eine zugehörige Steuerfläche 31 am Achs­ schenkel 10 verläuft senkrecht zu dessen Längsachse 7 und weist bei­ spielsweise zwei nierenförmige Steuerschlitze 26, 27 auf, die derart ge­ formt und angeordnet sind, daß das Druckmedium in einer für den Motor­ betrieb geeigneten bekannten Weise zu- bzw. abgeführt wird. Die Steuer­ schlitze 26 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 Anschluß­ kanälen 40, 45 einerseits sowie einer nicht gezeigten Hydropum­ pe bzw. einem Tank in Verbindung. Die Hydropumpe, die Radnaben­ motore für zwei Räder und der Tank bilden vorzugsweise einen ge­ schlossenen Kreislauf. Die Hydropumpe wird vom Otto- oder Diesel­ motor des Pkw′s angetrieben.

Die Kanäle 41, 42 sowie die Ringkanäle 32, 33 sind im Achsschen­ kel 10 an dessen zum Fahrzeugrahmen hinweisenden Ende ausgebil­ det. Die Ringkanäle 32 und 33 weisen durch Ausdrehungen in einer Bohrung 43 des Achsschenkels 10 gebildete Ringkanalhälften 38, 37 auf. 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 Verjün­ gung 39 aufweist. Der Stopfen 34 ist mit einem Schraubbolzen 35 am Achsschenkel 10 befestigt.

Ferner ist im Achsschenkel 10 ein Leckagesammelkanal 46 ausge­ bildet, der im wesentlichen längs der Achse 7 verläuft und die Leckage über einen Leckageabführkanal 47 (nur schematisch dar­ gestellt) 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. La­ gertragmittel 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 Naben­ ringteil 51 sowie einen daran befestigten Lagerring 52 gebil­ det. 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 vor­ gesehen 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 Vorder­ räder, erwünscht ist, so wird ein Druckmedium, üblicherweise Hydraulikflüssigkeit, dem Radnabenmotor 6 zugeführt. Die Zufüh­ rung der Druckflüssigkeit erfolgt beispielsweise über den An­ schlußkanal 40, den Ringkanal 33 und die mit diesem in Verbin­ dung stehenden Verbindungskanäle 41. Über die entsprechenden Steuerbohrungen 26 fließt Hydraulikflüssigkeit zu den jeweils dort angeordneten Kolben 12. Gleichzeitig stehen die Bohrungen 17 der nicht zu beaufschlagenden Kolben 12 über ihre zugehöri­ gen Anschlußbohrungen 18 mit Verbindungskanälen 42 in Verbin­ dung, die ihrerseits am Ringkanal 32 enden. Der Ringkanal 32 steht, wie bereits erwähnt, über einen nicht gezeigten Abfluß­ kanal mit dem Tank in Verbindung. Durch die einsetzende Drehung des Zylinderblocks 11 wird ein Drehmoment auf die Nabe 2 über­ tragen.

Anhand der Fig. 2 bis 4 sei nunmehr auf eine bevorzugte Ausge­ staltung der Erfindung eingegangen. Um den Zylinderblock 11 mit der Nabe 2 ein- und auskuppeln zu können, ist die bereits er­ wähnte Schiebehülse 60 axial gleitend am Außenumfang des Zylin­ derblocks 11 angeordnet. Der Zylinderblock 11 bildet zur Auf­ nahme der Schiebehülse 60 zwei einen unterschiedlichen Durch­ messer aufweisende Ringflächen 68, 69 derart, daß zwischen Zylinderblock 11 und Schiebehülse 60 ein Arbeitsraum 62 für das Druckmedium gebildet wird. Dichtungen 66 und 67 sehen eine Abdichtung an der Ringfläche 68 bzw. 69 vor. Mehrere umfangs­ mäßig verteilte (vgl. dazu Fig. 4) Federn 64 halten die Schie­ behülse 60 in der in Fig. 2 gezeigten ausgekuppelten Stellung für die Verzahnungen 24 und 25. Die Federn 64 sitzen in umfangs­ mäßig verteilten Axialbohrungen 70. Andererseits stützen sich diese Federn 64 an einer Ausbuchtungen (vgl. Fig. 4) aufweisen­ den Scheibe 65 ab. Die Scheibe 65 ist in der Schiebehülse 60 festgelegt.

In der Außenwand 14 des Zylinderblocks 11 ist im Bereich von einer Bohrung 17 für die Zylinder 12 eine Bohrung 61 vorgesehen, welche den erwähnten Arbeitsraum 62 mit der An­ schlußbohrung 18 der Bohrung 17 verbindet. Die Bohrung 17 weist eine Erweiterung 63 benachbart zur Anschlußbohrung 18 auf, um so eine Verbindung zwischen der Anschlußbohrung 18 und der Boh­ rung 61 zu schaffen.

Anstelle der Bohrung (61) können Rückschlagventile angeordnet sein, die in Richtung des Arbeitsraumes (62) öffnen. In diesem Fall muß zusätzlich zumindest zwischen einer Erweiterung (63) und dem Arbeitsraum (62) ein Entlastungsventil vorgesehen sein, das beispielsweise bei einem Druck von z. B. unter 10 bar in der betreffenden Erweiterung (63) öffnet und damit den Ar­ beitsraum (62) entlastet damit die Schiebehülse (60) die Ver­ zahnungen (25, 24) auskuppelt.

Es sei bemerkt, daß in der Darstellung gemäß den Fig. 2 und 3 aus Gründen der Zeichnungsvereinfachung die Feder 19 weggelas­ sen ist, welche dazu dient, den bzw. die Kolben 12 gegen die Hubscheibe 13 zu drücken, so daß gleichzeitig auch die Steuer­ flächen 30 und 31 aufeinandergedrückt werden.

Solange die Hydropumpe den bzw. die Radnabenmotore 6 nicht mit Druckmedium beliefert, nimmt die Schiebehülse 60 infolge der Kraft der Feder 64 die in Fig. 2 gezeigte ausgekuppelte Stel­ lung ein. Mit dem Einschalten der Hydropumpe wird erfindungsge­ mäß dafür gesorgt, daß der Druck in den beiden Arbeitsleitun­ gen und somit auch an den beiden Steuerschlitzen 26, 27 auf ein Niveau angehoben wird, bei dem die Schiebehülse 60 entgegen der Kraft der Feder 64 eine Einkupplung zwischen Nabe 2 und Zylin­ derblock 11 bewirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kom­ men zu diesem Zweck die Verzahnungen 24, 25 in Eingriff. Es kön­ nen natürlich auch andere Kupplungsmittel vorgesehen sein. Die­ ser Druck kann beispielsweise 10 bar betragen und ist für einen hier bevorzugten zur Anwendung kommenden geschlossenen Kreislauf normal. Der Druck gelangt natürlich über die Verbindungsbohrung 61 in den ringförmigen Arbeitsraum 62 und verschiebt dadurch die Schiebehülse 60 axial in die in Fig. 3 gezeigte eingekuppelte Position.

Beim Ausschalten der Hydraulikpumpe ist dafür zu sorgen, daß bei­ de Arbeitsleitungen mit dem Tank verbunden sind. Die Schiebehül­ se 60 kuppelt dann mit Hilfe der Kraft der Federn 64. Eine ex­ terne Aussteuerung entfällt also bei dieser Konstruktion.

Vorzugsweise ist nur eine Hydropumpe vorgesehen die zwei Radnabenmotore 6 versorgt. Die Radnabenmotore können stän­ dig in Betrieb sein, vorzugsweise werden sie aber nur bei Bedarf zugeschaltet. Bei einem Fahrzeug mit mechanischem Frontantrieb können natürlich auch die nicht angetriebenen Hinterräder mit dem erfindungsgemäßen Zusatzantrieb ausge­ stattet sein.

Der erfindungsgemäße Radnabenmotor ist wie dargestellt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Axial­ kolbenmotor. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erfindungsgemäße Radnabenmotor 6 ein Axial­ kolben-Mehrhubmotor, wie dies in der Figur gezeigt ist. Ein sol­ cher 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. Vor­ zugsweise 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 Steuer­ schlitze 26 bzw. 27 sind, wie an sich bekannt, nierenförmig. Die Verwendung eines Motors der gezeigten Art hat den Vorteil gegen­ über einem einfachen Schrägscheibenmotor, daß man praktisch ein dreifaches Drehmoment erhält.

Claims (9)

1. Radnabenmotor, insbesondere für die lenkbaren Vorderräder eines mit Heckantrieb ausgestatteten Personenkraftwagens, wo­ bei der Radnabenmotor eine Hubscheibe (13), einen mehrere Kol­ ben (12) führenden Zylinderblock (11) sowie Schaltmittel (60) aufweist, die durch das hydraulische Druckmedium verschiebbar sind, um je nach Bedarf eine Einkupplung oder Auskupplung zwi­ schen der Nabe (2) und dem Zylinderblock (11) vorzusehen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (11) eine Bohrung (61) aufweist, die von einer beliebigen Kol­ benbohrung (17) in den Arbeitsraum (62) der Schiebehülse führt.

2. Radnabenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einschalten der Hydropumpe der Mindestdruck in den Arbeits­ leitungen und damit die Schaltkraft der Schiebehülse (60) grö­ ßer ist als die Kraft der durch Federmittel (64) zwischen Zylinderblock (11) und Schiebehülse (60) erzeugten Federvor­ spannung.

3. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckregelventil vorhanden ist.

4. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abschalten der Hydropumpe die beiden Arbeitsleitungen am Tank anliegen.

5. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (62) zwischen der Außenwand (14) des Zylinderblocks (11) und der In­ nenwand von der Schiebehülse (60) gebildet ist.

6. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenbohrung (17) eine Erweiterung (63) nahe ihrer Anschlußbohrung (18) aufweist, um eine Verbindung zur Bohrung (61) vorzusehen.

7. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kolben (12) durch Federmittel (19) vorgespannt ist.

8. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Federn (64) im Zylinderblock (11) zwischen den Kolbenbohrungen (17) angeord­ net sind und die Schalthülse (60) in ihrer ausgekuppelte Po­ sition drücken.

9. Radnabenmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Erwei­ terungen (63) und dem Arbeitsraum (62) Schließventile ange­ ordnet sind und zumindest zwischen einer Erweiterung (63) und dem Arbeitsraum (62) ein Entlastungsventil angeordnet ist.