DE4320911A1 - Nichtspurgebundenes Fahrzeug mit zwei Antriebsachsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein nicht-spurgebundenes Fahrzeug, das zwei Antriebsachsen mit jeweils zwei Antriebsrädern aufweist und bei dem die Antriebsräder elektromotorisch angetrieben sind.

Bei zweiachsigen Personen- und Nutzkraftwagen, die mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden, gehören Allradantriebe seit vielen Jahren zum Stand der Technik. Dabei ist die Abtriebswelle des an den Verbrennungsmotor angeschlossenen Schaltgetriebes antriebstechnisch verbunden mit einem Verteilergetriebe/Mittendifferential, von dem aus eine Kardanwelle zum Achsdifferential der Vorder- und der Hinterachse führt. Über diese Achsdifferentiale wird die Antriebsleistung auf die einzelnen Antriebsräder übertragen. Üblicherweise ist das Mittendifferential so ausgelegt, daß die Verteilung der Antriebsleistung auf Vorder- und Hinterachse unterschiedlich ist. In manchen Fällen kann diese Verteilung sogar während des Fahrbetriebs noch verändert werden.

Elektromotorisch angetriebene Fahrzeuge haben bisher nur in vergleichsweise geringer Stückzahl praktische Anwendung gefunden. In diesem Zusammenhang sind aber auch bereits Vorschläge für einen elektromotorisch betriebenen Allradantrieb gemacht und realisiert worden. Ein Beispiel hierfür geht aus der DE 37 25 520 A1 hervor, in der ein Straßenfahrzeug vorgeschlagen wird, dessen beide Antriebsachsen jeweils einen elektrischen Tandemmotor aufweisen. Unter einem Tandemmotor versteht man eine elektrische Maschine, die zwei unabhängige Rotoren und diesen zugeordnete separate Statorwicklungen aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Bei diesem Straßenfahrzeug sind die Rotoren dieser Tandemmotoren jeweils über eine Gelenkwelle mit einem der vier Antriebsräder verbunden. Auf diese Weise läßt sich die Antriebsleistung jedes Antriebsrads individuell einstellen, ohne daß Achs- oder Verteilerdifferentiale benutzt werden müssen. Der Fahrstrom für dieses Fahrzeug wird über eine Verbrennungsmotor/Generator-Einheit erzeugt.

Ein ähnlicher Allradantrieb ist aus der DE 41 33 050 A1 entnehmbar, bei dem allerdings keine Tandemmotoren verwendet werden, sondern bei dem jedem Antriebsrad jeweils über eine Gelenkwelle ein separater Elektromotor zugeordnet ist.

Die gute Regelbarkeit dieser bekannten elektrischen Allradantriebe wird nicht nur mit einem relativ hohen Aufwand für vier Einzel- oder zwei Tandemmotoren erkauft. Die Stromversorgung dieser Motoren erfordert darüber hinaus jeweils eine separate Leistungselektronik mit entsprechendem Bauaufwand, Gewicht und Platzbedarf. Wegen der hohen elektrischen Leistungen ist für die Leistungselektronik und vielfach auch für die Elektromotoren eine Flüssigkeitskühlung erforderlich, die entsprechende Versorgungsleitungen verlangt. Schließlich ist auch noch auf die Problematik der Verlegung einer der Motoranzahl entsprechenden Vielzahl von elektrischen Versorgungsleitungen hinzuweisen, die unter besonderen Sicherheitsaspekten zu bewerkstelligen ist, da die anzuwendende elektrische Spannung bei der Stromversorgung vergleichsweise hoch liegt (z. B. bei 550 V).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Fahrzeug dahingehend weiterzubilden, daß bei Wahrung der Vorzüge eines Allradantriebs der erforderliche Bauaufwand reduziert und die Betriebssicherheit verbessert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Anhand des in der einzigen Figur dargestellten Antriebsschemas wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Das schematisch wiedergegebene nicht-spurgebundene Fahrzeug weist zwei Antriebsachsen 1, 2 auf, die jeweils mit zwei Antriebsrädern 3, 4 bzw. 5, 6 gekoppelt sind. Als Antriebsquelle ist ein einziger elektrischer Tandemmotor 9 vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise als Außenläufermaschine mit Permanentmagnetrotoren ausgebildet, wobei die Kommutierung des Stroms für die Statorwicklungen über eine nicht dargestellte Leistungselektronik jeweils separat für die beiden Teile des Tandemmotors erfolgt. Auf diese Weise können über die beiden Rotoren unterschiedliche Drehzahlen, Drehmomente und Antriebsleistungen abgegeben werden. Die Leistungsübertragung auf die Antriebsachsen 1, 2 erfolgt jeweils mittels einer Kardanwelle 7, 8, die auf ein Achsdifferential 9 bzw. 10 wirkt, das in die Antriebsachsen 1, 2 eingebaut ist. Ein solches Achsdifferential 9, 10 wird bei herkömmlichen Allradantrieben verwendet und hat üblicherweise eine Drehzahlübersetzung ins Langsame im Verhältnis von etwa 1 : 3 bis 1 : 4. Dadurch weist die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil auf, daß die Leistungsübertragung vom Tandemmotor 9 zu den Achsdifferentialen 9, 10 mit deutlich höherer Drehzahl erfolgen kann, als es der Antriebsdrehzahl der Antriebsräder entspricht. Deswegen können die Kardanwellen 7, 8 auf entsprechend geringere übertragbare Drehmomente ausgelegt werden. Andererseits ist es möglich, als Tandemmotor 9 elektrische Maschinen einzusetzen, die nicht unbedingt auf extrem hohe Drehmomente ausgelegt sein müssen, wenngleich Letzteres für die Fahrleistungen als vorteilhaft anzusehen ist. Es ist also auch möglich, Motoren zu verwenden, die ihre hohe Leistung erst bei vergleichsweise hohen Drehzahlen erbringen.

Die erfindungsgemäße Beschränkung auf nur einen einzigen Tandemmotor 9 hat den weiteren Vorteil, daß elektrische Leitungsanschlüsse und Kühlleitungsanschlüsse, die notwendig sind, um eine ausreichende Kühlung für die bevorzugt einzusetzenden Hochleistungsmotoren (mit Permanentmagnetrotoren z. B. aus FeNdB- oder SmCo-Legierungen) sicherzustellen, nur an einen einzigen Ort und nicht an zwei oder vier verteilte Stellen verlegt werden müssen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die sichere Verlegung der elektrischen Leitungen von Bedeutung. In der örtlichen Anordnung des Tandemmotors entlang der Fahrzeuglängsachse bestehen praktisch alle Freiheiten, so daß den Erfordernissen einer optimalen Gewichtsverteilung im Fahrzeug voll entsprochen werden kann. Der Umfang der Leistungselektronik ist im Vergleich zu den beiden bekannten Allradantrieben auf die Hälfte reduziert und entsprechend kosten-, volumen- und gewichtsgünstig.

Die Erfindung kombiniert Elemente rein mechanischer Allradantriebe mit bekannten elektromotorischen Antriebselementen in einer neuen Art und erreicht dabei auf überraschend einfache Weise einen voll funktionsfähigen, kostengünstig herstellbaren und gewichtsgünstigen Allradantrieb, der trotz Beschränkung auf einen einzigen Tandemmotor hinsichtlich eines Ausfalls eines Elektromotors praktisch die gleiche Redundanz bietet wie ein Antrieb mit vier einzelnen Elektromotoren oder zwei Tandemmotoren. Wenn nämlich bei den beiden bekannten Systemen ein Einzelmotor oder die Hälfte eines Tandemmotors ausfällt, muß aus Gründen der Fahrstabilität auch der Antrieb des jeweiligen anderen Antriebsrads der betroffenen Achse abgeschaltet werden, so daß wie in der vorliegenden Erfindung nur noch ein Einachsantrieb möglich ist. Eine gewünschte unterschiedliche Momentenverteilung auf die beiden Antriebsachsen kann bei der Erfindung mit rein steuerungstechnischen Mitteln oder aber auch durch eine entsprechend unterschiedliche bauliche Gestaltung der beiden Hälften des Tandemmotors erfolgen. Die Stromversorgung des Tandemmotors kann aus einem elektrischen Speicher heraus erfolgen oder in an sich bekannter Weise über eine mit einem Verbrennungsmotor oder einer Turbine gekoppelte Generator-Einheit.

Claims (3)

1. Nicht-spurgebundenes Fahrzeug, das zwei Antriebsachsen (1, 2) mit jeweils zwei Antriebsrädern (3, 4 bzw. 5, 5) aufweist und bei dem die Antriebsräder (3, 4 bzw. 5, 6) elektromotorisch angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Tandemmotor (5) mit zwei Rotoren als Antriebsquelle vorgesehen ist und daß die beiden Rotoren jeweils über eine Wellenverbindung (7, 8) mit dem Achsdifferentialgetriebe (9, 10) einer der beiden Antriebsachsen (1, 2) verbunden sind.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tandemmotor (9) als Außenläufermaschine mit Permanentmagnetrotoren und elektronischer Kommutierung der Statorstromversorgung ausgebildet ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tandemmotor (9) flüssigkeitsgekühlte Statorwicklungen aufweist.