DE4214716A1 - Integrale motor/rad-anordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine lenkbare integrale Anordnung aus
Elektromotor und Rad für ein unabhängig gefedertes Hybrid-
oder Elektro-Fahrzeug.
Hybrid- oder Elektro-Fahrzeuge enthalten typischerweise
einen einzelnen Elektromotor, der zum Antrieb von zwei Fahr
zeugrädern durch übliche Leistungsübertragungs-Bestandteile
wie Antriebswellen, Universalgelenke und Differential-Getrie
besätze angeschlossen ist. Alternativ ist vorgeschlagen
worden, für jedes angetriebene Rad einen separaten Elektromo
tor vorzusehen, wie beispielsweise in US-PS 32 97 926 be
schrieben. Bei solchen Anwendungen werden separate Reduk
tionsgetriebe für jedes Rad vorgesehen, so daß sich eine
ziemlich große, schwer unterzubringende Anordnung ergibt.
Weiter können große und schwere Radanordnungen das Fahrver
halten, das Handling und das sonstige Fahrverhalten des Fahr
zeugs schädlich beeinflussen. Ein anderes Beispiel des Stan
des der Technik ist in US-PS 19 97 974 gezeigt.
Eine integrale aus Motor und Rad bestehende Anordnung nach
der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich durch die im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte, aus
Motor und Rad bestehende Anordnung mit einem integralen Un
tersetzungs-Planetengetriebe gerichtet, wobei die Anordnung
lenkbar und zur Verwendung in einer üblichen unabhängig gefe
derten Kraftfahrzeug-Aufhängung ausgelegt ist. Der Motor,
das Getriebe und die Radelemente sind an einem einzigen lenk
baren Stützteil angebracht, welches um vertikale und horizon
tale Achsen schwenkbar befestigt ist, bei dem das Auflaufen
der Toleranzen kleingehalten wird und ein unabhängiges
Warten der Motor- und Getriebeelemente ermöglicht ist. Das
Ausgabeelement des Getriebes ist einzig über die Zahnrad-Ein
griffe und eine verkeilte Verbindung mit der Radnabe abge
stützt, wodurch es ermöglicht wird, daß das Ausgangselement
sich mit dem Rad selbst ausrichtet und die Radkräfte von dem
Motor und den Getriebeelementen fernhält. Zahlreiche andere,
neuartige Eigenschaften wirken zusammen, um eine besonders
wirksame und kompakte Anordnung zu schaffen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei
spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht der
in einem Fahrzeug eingebauten aus Motor und
Rad bestehenden Anordnung nach der Erfin
dung;
Fig. 2 eine Endansicht der aus Motor und Rad beste
henden Anordnung aus Fig. 1; und
Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht von
Motor und Getriebe der in Fig. 1 abgebilde
ten Anordnung.
Insbesondere in Fig. 1 ist die aus Motor und Rad bestehende
Anordnung erfindungsgemäßer Art in ein Kraftfahrzeug einge
baut gezeigt. Ein Achsschenkel 12 und ein Kugel- oder
Universalgelenk 14 bilden das obere und das untere Ende des
Stützelements 16 für Motor und Rad und befestigen die aus
Motor und Rad bestehende Anordnung an dem Stoßfänger-Aufbau
18 bzw. an dem Rahmenteil 20. Der Achsschenkel ist über
Schrauben 22 an einer Montagelasche 24 angebracht, die an
einem unteren Ende einer üblichen McPherson-Federbein-Anord
nung 26 angebracht ist. Das obere Ende der Federbein-Anord
nung 26 ist innerhalb des Stoßfänger-Aufbaus 18 des Fahr
zeugs in üblicher Weise durch eine Endplatte 28 und Mutter
30 gesichert. Die Endplatte 28 sitzt auf einem (nicht gezeig
ten) Kugellager auf, das eine Verdrehung der Federbein-Anord
nung 26 um ihre (vertikale) Längsachse zuläßt, wenn die An
ordnung 10 aus Motor und Rad gelenkt wird. Ein unterer Steu
erarm 32 koppelt das Universalgelenk 14 mit dem Rahmenglied
20 und bestimmt eine Horizontalachse, um welche das Stütz
glied 16 sich drehen kann. Ein auf ein (nicht dargestelltes)
Rahmenglied des Fahrzeugs bezogener Drehstab-Stabilisator 34
ist mit der Federbein-Anordnung 26 über ein Kugel- oder Uni
versalgelenk 36 und eine Stabilisator-Verbindung 38 gekop
pelt.
Die verschiedenen Elemente der Anordnung 10 aus Motor aus
Rad sind alle direkt oder indirekt mit dem Stützelement 16
verbunden. Ein äußeres Radlager-Element 40 ist über Schraub
bolzen 42 an dem Stützelement 16 angebracht; ein Motorgehäu
se 44 ist an dem Stützelement 16 über Schraubbolzen 46 ange
bracht und ein Gehäuse 48 einer Planeten-Untersetzungsgetrie
be-Anordnung (allgemein mit der Bezugszahl 49 bezeichnet)
ist über Schraubbolzen 50 an dem Stützelement 16 angebracht.
Eine Lenkzugstange 51 (falls das Rad lenkbar gemacht werden
soll) oder eine Vorspur-Einstellverbindung (falls das Rad
nicht lenkbar gemacht werden soll) hängt an einem Flansch
des Stützelements 16, wie am besten in Fig. 2 zu sehen.
Insbesondere nach Fig. 3 ist ein inneres Radlager-Element 52
drehbar innerhalb des äußeren Radlager-Elements 40 an einem
Kugellagerpaar 53 und 54 abgestützt. Eine Bremsscheibe 58
und eine Radfelge 60 sind an dem inneren Radlager-Element 52
über Radmuttern 62 befestigt, wobei die Radfelge 60 einen
üblichen schlauchlosen Reifen 64 und ein Füllventil 66
trägt. Eine Bremszange 68 (am besten in Fig. 2 zu sehen) ist
an dem Stützelement 16 über Schrauben 70 befestigt und be
sitzt zwei Bremsklötze 72, die mit der Bremsscheibe 58 eine
Reibbremse bilden.
Das Motorgehäuse 44 umfaßt einen gerippten zylindrischen Ab
schnitt 76 und einen gerippten Enddeckel 78. Der zylindri
sche Abschnitt 76 hält in seinem Inneren einen 12-poligen la
minierten Statorkern 80 und eine dreiphasige Statorwicklung
82. Die Einführungsleiter 84 für die Wicklung durchlaufen
einen in dem Enddeckel 78 eingesetzten Verbinder 86 und sind
zu einer (nicht dargestellten) zentralen Steuereinheit über
Kabel 88 geleitet.
Das Gehäuse 48 der Planetengetriebe-Anordnung 49 besitzt
eine Reihe von inneren Spiralgetriebezähnen 90, die das Ring
zahnrad des Getriebes bestimmen. Innerhalb des Rings sind
eine Gruppe von vier spiralverzahnten Planeten-Zahnrädern 92
und ein Planeten-Träger 94 abgestützt. Eine über Schrauben
97 an dem Planeten-Träger 94 befestigte Ölabweisplatte 96
führt Schmieröl in einen hohlen Ritzelstift 96, um für
Schmierung der (nicht dargestellten) Nadellager der vier spi
ralverzahnten Planeten-Räder 92 zu sorgen. Das äußere Ende
des Planeten-Trägers 94 ist lose mit einer Radnabe 100 ver
keilt, die wiederum mit dem inneren Radlager-Element 52 ver
keilt ist. Die Radnabe 100 liegt bezüglich des inneren Radla
ger-Elements 52 am außenseitigen Ende über eine Unterleg
scheibe 102 und eine Nabenmutter 104 und am innenseitigen
Ende über einen Lauf 56 des Kugellagers 53 an.
Die Sonnenradzähne 106 der Planetengetriebe-Anordnung 49
sind an einer Zentralwelle 108 ausgebildet, die an ihrem au
ßenseitigen Ende innerhalb des Planeten-Trägers 94 an einem
Hülsenlager 110 und einem Schublager 112 abgestützt ist. Das
innenseitige Ende der Welle 108 ist in eine Nabe 114 einer
Rotorschüssel 116 verkeilt. Die Nabe 114 ist wiederum inner
halb des innenseitigen Endes des Gehäuses 48 an einem doppel
reihigen Präzisions-Kugellager 118 abgestützt. Das Kugella
ger 118 wird an seinem außenseitigen Ende über einen Lager-
Schnappring 120 und eine Sperrmutter 121 zurückgehalten und
an seinem innenseitigen Ende über einen Rückhaltedeckel 122.
Der Rückhaltedeckel 122 ist an dem Gehäuse 48 über Schraub
bolzen 124 befestigt und trägt eine Öldichtung 126, wie nach
stehend beschrieben. Ein Anschlag 128 innerhalb der Nabe 114
begrenzt einen Axialversatz der Zentralwelle 108 nach innen.
Die Rotorschüssel 116 enthält einen zylindrischen Abschnitt
130, der das Gehäuse 48 teilweise umgibt und eine Vielzahl
von Permanentmagneten 132 abstützt, die magnetisch mit den
Polen des Statorkerns 80 gekoppelt sind. Die Magneten 132
sind an den Außenumfang des zylindrischen Abschnitts 130 an
geklebt und werden mechanisch durch Federklammern 134, 135
zurückgehalten, die wiederum an dem zylindrischen Abschnitt
130 über Schraubbolzen 136, 137 befestigt sind. Da sowohl
der Statorkern 80 als auch die Rotorschüssel 116 auf das
Stützelement 16 bezogen sind, wird die Toleranzaddierung
gering gehalten, so daß ein sehr kleiner Arbeitsluftspalt da
zwischen ermöglicht ist.
Eine innerhalb des Enddeckels 78 befestigte stationäre Füh
leranordnung wirkt mit einem Dreh-Fühlerring 150 zusammen,
der am außenseitigen Ende der Rotornabe 140 über Unterleg
ring 152 und Schrauben 154 gesichert ist. Die stationäre
Fühleranordnung enthält einen Halleffekt-Fühlerring 156, der
über Schrauben 160 an einer Befestigungsnabe 158 gesichert
ist. Die Befestigungsnabe 158 ist wiederum innerhalb einer
Vertiefung 162 des Enddeckels 78 über Schrauben 164 befe
stigt. Ein an dem Enddeckel 78 über Schrauben 168 befestigte
Kappe 166 dichtet die Vertiefung 162 gegen Fremdmaterie ab.
Ein Ausgabeleiterbündel 170 des Fühlerrings 156 tritt durch
eine Tülle 172 hindurch, die in der Kappe 166 abgestützt ist
und wird mit dem Statorwicklungskabel 88 durch die (nicht
dargestellte) Zentralsteuereinheit geleitet.
Im Betrieb beaufschlagt ein Inverter in der (nicht darge
stellten) Zentralsteuereinheit die Statorwicklungen 82 mit
Strom von einem Generator oder einem Batteriepack, um ein
Drehmagnetfeld in dem Luftspalt zwischen den Permanentmagne
ten 132 und den Polen des Statorkerns 80 zu erzeugen. Das
Elektromagnetfeld wirkt mit dem durch die Permanentmagneten
132 geschaffenen Magnetfeld zusammen zur Entwicklung von
Drehmoment zum Drehen der Rotorschüssel 116. Die Nabe 114
der Rotorschüssel 116, die mit der Zentralwelle 108 verkeilt
ist, dreht die Sonnenradzähne 106. Dadurch werden die Plane
ten-Zahnräder 92 gedreht, welche Reaktion gegen die stationä
ren Ringzahnradzähne 99 ergeben und dadurch den Planeten-
Träger 94 mit herabgesetzter Geschwindigkeit antreiben. Bei
der dargestellten Ausführung wird ein Untersetzungsverhält
nis von ca. 5 : 1 benutzt. Der Planeten-Träger 94, der mit der
Radnabe 100 verkeilt ist, welche wiederum mit dem inneren
Radlagerelement 52 verkeilt ist, treibt dadurch die Radfelge
60 an. Wie bereits angedeutet, sind lenkbare Radauslegungen
grundsätzlich gleich wie nichtlenkbare Radauslegungen.
Zum Schmieren der Planetengetriebe-Anordnung 49 ist das Ge
häuse 48 mit Öl (wie z. B. Dextron ATF) im wesentlichen bis
zu dem durch die gebrochene Linie 180 in Fig. 3 angezeigten
Niveau angefüllt. Das Öl wird durch eine Anzahl von O-Ringen
und den Lippendichtungen 126 und 182 zurückgehalten. Im Be
trieb lenkt die Ölablenkplatte 96 das Öl in gebohrte Durch
lässe 184 innerhalb der Ritzelräder 98, und Öl wird den Dop
pelreihen-Kugellagern 118 über die Durchlaßbohrung 186 zuge
führt.
Wie vorstehend bemerkt, wird das Ausgabeelement der Planeten
getriebe-Anordnung 49 - der Planeten-Träger 94 - nur durch
die miteinander in Eingriff befindlichen Zähne und die ver
keilte Verbindung mit der Radnabe 100 gestützt. Diese
"schwimmende" Auslegung hält die Empfindlichkeit gegen Her
stelltoleranzen klein und erlaubt eine Selbstausrichtung des
Planeten-Trägers 94 mit der Radnabe 100. Außerdem werden da
durch die Radkräfte von den Motor- und Getriebeelementen ge
trennt, so daß die Belastungsfähigkeit erhöht und die Lebens
dauer verbessert wird.
Infolge der Tatsache, daß alle Hauptelemente der aus Motor
und Rad bestehenden Anordnung 10 auf das Stützelement 16 be
zogen sind, wird die Wartung sehr erleichtert. Beispielswei
se sind die Motor- und Getriebeelemente unabhängig wartbar,
die Motorelemente durch Entfernen der Motorgehäuse-Abschnit
te 76, 78, und die Planetengetriebe-Anordnung 49 durch Ent
fernen des äußeren Radlagerelements 40.
Claims (6)
1. Integrale, Motor und Rad umfassende Anordnung (10) für
ein Kraftfahrzeug, welche umfaßt ein Haupt-Stützelement
(16), das um zwei nicht parallele Achsen schwenkbar ange
bracht ist, welche durch obere und untere Stützstrukturen
(24, 32) des Fahrzeugs bestimmt sind; ein starr an dem
Haupt-Stützelement befestigtes Gehäuse (48) und Getriebe
mittel (49), das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist
und enthält ein Eingangselement (106), ein Reaktionsele
ment (90) und ein Ausgabeelement (94);
gekennzeichnet durch ein Rotor-Schüsselglied (116), das
radial um das Gehäuse angeordnet und durch das Gehäuse
zur Drehung um eine Längsachse desselben abgestützt ist;
durch Motormittel einschließlich eines starr an dem
Haupt-Stützelement um das Rotor-Schüsselglied abgestütz
tes Statorelement (76-82) und eine Reihe von an dem
Rotor-Schüsselelement in einem Bereich zwischen dem
Rotor-Schüsselelement und dem Statorelement sicher befe
stigten Permanentmagneten (132), und dadurch, daß das Ge
triebemittel weiter enthält Mittel zum Antreiben der Ver
bindung des Rotor-Schüsselelements mit dem Eingangsele
ment des Getriebe-Mittels; durch starr an dem Haupt-Stütz
element zum drehenden Abstützen eines Fahrzeug-Antriebsra
des (60, 64) angebrachtes Antriebsmittel (40) und durch
Kupplungsmittel (100) zur Antriebsverbindung des Ausgabe
elements des Getriebemittels mit dem Fahrzeug-Antriebs
rad.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Antriebsmittel enthält ein äußeres, starr an dem
Haupt-Stützelement (16) gesichertes Radlagerelement (40),
ein inneres, drehbar innerhalb des äußeren Radlagerele
ments abgestütztes Radlagerelement (52) und daß das Kupp
lungsmittel enthält eine an einem Ende mit dem Ausgabeele
ment (94) des Getriebemittels verkeilte Radnabe (100),
die am anderen Ende mit dem inneren Radlagerelement ver
keilt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reaktionselement des Getriebemittels ein an einer
Innenumfangsfläche des Gehäuses (48) ausgebildetes Innen
zahnrad (90) ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Statorelement des Motormittels
umfaßt einen Statorkern (80) und eine Statorwicklung
(82), die in einem Motorgehäuse-Element (76, 78) ange
bracht sind, welches starr an dem Haupt-Stützelement (16)
befestigt ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß es Drehstab-Stabilisatormittel (32-38)
enthält zum Steuern des Schwenkens des Haupt-Stützele
ments (16) um die Vertikalachse.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Gehäuse (48) an einer nach innen zu
gelegenen Seite des Haupt-Stützelements (16) angebracht
ist und daß das Antriebsmittel (40) an einer nach außen
zu gelegenen Seite des Haupt-Stützelements gegenüber der
nach innen zu gelegenen Seite angebracht ist, wodurch das
Getriebemittel und das Motormittel unabhängig voneinander
wartbar sind.
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