WO2020120277A1 - Elektromotorisch angetriebene starrachse für fahrzeuge, insbesondere nutzfahrzeuge, und verfahren zu deren betrieb, computerprogrammprodukt, steuerungs- und/oder regelungsvorrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

Elektromotorisch angetriebene starrachse für fahrzeuge, insbesondere nutzfahrzeuge, und verfahren zu deren betrieb, computerprogrammprodukt, steuerungs- und/oder regelungsvorrichtung und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020120277A1
WO2020120277A1 PCT/EP2019/083794 EP2019083794W WO2020120277A1 WO 2020120277 A1 WO2020120277 A1 WO 2020120277A1 EP 2019083794 W EP2019083794 W EP 2019083794W WO 2020120277 A1 WO2020120277 A1 WO 2020120277A1
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WO
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gear
wheel
shaft
rigid axle
output shaft
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PCT/EP2019/083794
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Thomas Auer
Sebastian Paulik
Johannes Schweizer
Harald Wendl
Gerhard Obermaier
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses

Definitions

  • the invention relates to an electric motor-driven rigid axle for vehicles, for example commercial vehicles.
  • the invention further relates to a method for
  • the invention relates to a computer program product, an electronic control and / or regulating device and a motor vehicle.
  • a rigid axle driven by an electric motor is known from DE 295 18 401 U1.
  • the rigid axle has two wheel hubs lying opposite one another, to each of which a vehicle wheel is fastened.
  • the wheel hubs are each rotatably mounted on a hub carrier of the rigid axle.
  • the rigid axle has two electric motors arranged near the wheel, of which one electric motor is assigned to one of the wheels and is used to drive the assigned wheel.
  • the drive takes place via a reduction gear, which is interposed between the respective wheel hub and the associated electric motor and serves to convert the speed of the electric motor in favor of a higher torque.
  • the reduction gear is designed as a planetary gear and is located within the wheel hub, the hollow wheel of the planetary gear being integrally formed on the wheel hub, that is to say forming a fixed structural unit with the wheel hub.
  • an object of the invention to propose at least one possibility of facilitating the use of different wheel hubs or other wheel carriers in an electromotively driven rigid axle of the type mentioned at the beginning.
  • the object is achieved with an electromotively driven rigid axle which has the features of claim 1.
  • a method for operating an electromotive rigid axle with the features of claim 19 a computer program product with the features of claim 22, an electronic control and / or regulating device with the features of claim 23 and a motor vehicle with the Features of claim 24 proposed.
  • a basic electromotively driven rigid axle for vehicles in particular commercial vehicles, comprises a preferably elongated axle body, two wheel carriers, in particular wheel hubs, and at least one connection point for fastening the axle body to a vehicle frame.
  • one of the wheel carriers is located at opposite longitudinal ends
  • the wheel carriers each serve to fasten at least one vehicle wheel.
  • the wheel carriers are arranged opposite one another and the axle body is provided between them.
  • the wheel carriers are rotatably mounted on the axle body.
  • the wheel carriers are arranged coaxially to one another.
  • the wheel axles lie on a common axis.
  • the rigid axle further comprises two electric motors arranged near the wheel, one of which is used to drive one of the wheel carriers.
  • the electric motors each have a motor shaft.
  • the electric motors and / or the motor shafts are arranged coaxially with one another.
  • the rigid axle comprises two reduction gears, one of which is interposed between one of the electric motors and the wheel carrier associated with the drive.
  • Reduction gears each have one provided on the drive side
  • Input shaft and an output shaft provided on the output side are configured to be Input shaft and an output shaft provided on the output side.
  • the term “electric motor” is to be understood as any type of machine, which electrical power in mechanical power converts.
  • the term “electric motor” in the present description is to be understood as a synonym for an electrical machine.
  • the term “motor shaft” is to be understood as an output shaft or output shaft of the electric motor.
  • the term “close to the wheel” is to be understood in particular to mean that the electric motors are arranged close to the wheel carrier assigned in terms of drive, that is to say preferably in the region of the rigid axle at a certain distance from the assigned wheel carrier and in particular not directly on or in the assigned one There are wheel carriers.
  • the reduction gears are each assigned to the axle body, in particular arranged within the axle body, and the
  • the output shaft of the respective reduction gear is rotatably connected to the wheel carrier associated with the drive. This makes it easier or even possible to replace the wheel carriers with other wheel carriers or to use other wheel carriers instead of the wheel carriers without the gear reducers having to be exchanged or changed.
  • the rigid axle can be
  • Wheel carrier against another wheel carrier is also favored if
  • the output shaft of the respective reduction gear is detachably connected in a rotationally fixed manner to the wheel carrier associated with the drive.
  • the input shaft and the output shaft can each be present coaxially to one another and / or coaxially to the wheel axis of the wheel carrier assigned in each case in terms of drive. This can be done after a possible
  • Embodiment can be provided that the reduction gear as Planetary gear are formed.
  • the reduction gear as Planetary gear are formed.
  • the reduction gear as Planetary gear are formed.
  • Reduction gears each have at least one gear set, in particular a single gear set, with a sun gear, at least one planet gear,
  • the ring gear is connected to the input shaft and the planet gear carrier is connected to the output shaft in a rotational test. It can also be the other way around that the sun gear with the output shaft and the
  • Planet carrier are connected to the input shaft rotation test.
  • the ring gear is preferably arranged in a rotationally fixed manner, for example fixed against or molded onto a component fixed to the housing.
  • the component fixed to the housing can be the axle body, in particular a component or housing section of the axle body.
  • the reduction gears are each set up to be shifted between at least two gear stages.
  • the at least two gear stages have different ratios or are in each case
  • Speed control provided by the electric motors.
  • a motor vehicle which is equipped with such a rigid axle, this favors adapting to given driving requirements.
  • a rigid axle promotes the ability of the motor vehicle to climb. It also favors influencing the top speed of the motor vehicle.
  • the reduction gears each comprise at least two wheel sets, in particular exclusively two wheel sets, and in each case at least one shift element, in particular a single shift element.
  • the at least two wheel sets preferably each form one of the at least two gear stages.
  • the at least one switching element is preferably set up to be brought into at least two switching positions in which the input shaft and the
  • Output shaft are drivingly coupled to each other by one of the at least two wheel sets.
  • the at least one switching element can thus be set up to drive-couple the input shaft and the output shaft to one another in one of the at least two switching positions, and in another of the at least two switching positions the input shaft and the
  • the at least one switching element is further configured to be brought into a neutral position and / or a further switching position in which the input shaft and the output shaft are decoupled from one another in terms of drive.
  • the reduction gears are each designed as a planetary gear and the at least two gear sets comprise a first gear set and a second gear set, each of which has a sun gear, at least one planet gear, for example two or three
  • Planetary gears a planet gear carrier, in particular web, and a ring gear.
  • the sun gear of the input shaft and the planet gear carrier of the output shaft or, conversely, the sun gear of the output shaft and the planet gear carrier of the input shaft are assigned, in particular are connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • the sun gear of the input shaft and the planet gear carrier of the output shaft or, conversely, the sun gear of the output shaft and the planet gear carrier of the input shaft are assigned, in particular are connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • Planet gear carriers of the first gear set and the planet gear carriers of the second gear set are connected to one another in a rotationally fixed manner and in a rotationally fixed manner to the output shaft.
  • the ring gear is preferably arranged in a rotationally fixed manner, for example against one
  • the housing-fixed component can be the axle body, in particular a component or housing section of the
  • Gear set is rotatably connected to an intermediate shaft and the sun gear of the second gear set is rotatably connected to a second intermediate shaft.
  • the second intermediate shaft is designed as a hollow shaft in which the first intermediate shaft is rotatably received.
  • the at least one switching element is set up
  • the at least one switching element can be designed to be pneumatically and / or hydraulically and / or electrically and / or mechanically actuable.
  • the switching element comprises one on a shaft, in particular the input shaft, which is displaceable and opposite the
  • Input shaft rotatably arranged shift sleeve which is rotatably connected to the sun gear of the first gear set in one displacement position and is rotatably connected to the sun gear of the second gear set in another displacement position.
  • the gearshift sleeve has gear teeth and the first
  • the intermediate shaft and the second intermediate shaft each have counter teeth.
  • the respective counter-toothing is formed on an intermediate ring arranged in a rotationally fixed manner on the first intermediate shaft or the second intermediate shaft.
  • the shift sleeve is mechanically coupled to a shift fork, by means of which the shift sleeve can be actuated in order to be shifted from one shift position to the other shift position or to a neutral position or the neutral position described above and in this way to shift the gear stage enable.
  • At least two further gears are provided, of which one gear between each of the
  • the at least two further gears can each be a further reduction gear.
  • the speed of the drive-associated electric motor can be further converted in favor of a higher torque, since there are now two reduction gears.
  • the at least two further gears are designed as offset gears and one each Drive shaft and an output shaft arranged offset parallel thereto include. This creates a prerequisite that there is an axial length between the respective further transmission and the respectively assigned wheel carrier, which is achieved by the offset between the drive shaft and the output shaft of the respective further transmission.
  • This free space can be used, for example, as installation space for any components near the wheel
  • the respective output shaft is driveably connected to the motor shaft of the associated electric motor, in particular is non-rotatably connected, and the respective output shaft is operatively connected to the input shaft of the respectively assigned reduction gear, in particular is rotatably connected.
  • the drive shaft is arranged coaxially to the motor shaft and the output shaft is arranged coaxially to the wheel axis.
  • the at least two further transmissions each comprise at least one wheel set, in particular a single wheel set.
  • the at least one wheel set includes one
  • the at least one wheel set comprises a main gear, at least one idler gear and a ring gear, the main gear and the at least one idler gear meshing with one another and with an internal toothing of the ring gear.
  • Two intermediate wheels can also be provided. In this case it can be provided that the intermediate wheels mesh with one another and one of the intermediate wheels additionally meshes with the main wheel. Furthermore, in this case, the other of the idler gears and the main gear mesh with the
  • the main wheel is the
  • a possible embodiment consists in that the main gear is connected to the drive shaft and the ring gear with the output shaft in a rotationally fixed manner. Furthermore, it is particularly provided that the at least one intermediate wheel on a rotational axis fixed to the housing, for example with the interposition of a bearing, is rotatably mounted.
  • the bearing can be a roller bearing, in particular a cylindrical roller bearing or a plain bearing.
  • the rigid axle has a center which is at a distance of half the distance from the respective wheel carrier with respect to the distance between the wheel carriers.
  • the rigid axis is constructed symmetrically with respect to a central axis or transverse axis lying orthogonal to the longitudinal axis of the rigid axis and comprises at least two structural units which are preferably identical to one another and which are assembled in the central axis or in the region of the central axis.
  • the electric motors are located in the area of the center or in the area of the central axis or transverse axis.
  • the electric motors are each housed in the axle body or are at least partially accommodated therein and, for example, viewed in the longitudinal direction of the rigid axis, are arranged one behind the other.
  • the reduction gears and / or the further gears are within the axle body, in particular within one of the associated ones
  • Wheel carrier bearing part of the axle body arranged.
  • the reduction gears can be placed on the inside, ie within the hub bearing of the rigid axle.
  • the rigid axle can thus accommodate various standard hub sizes, such as wheel hubs or wheel carriers for rims in a size of 22.5 inches or 19.5 inches or US wheel heads. It can be the same for all these variants of the rigid axle
  • One aspect of the invention further relates to a method for operating a
  • the rigid axle driven by an electric motor.
  • the rigid axle is the embodiment of the rigid axle described above, in which the
  • Reduction gears are each set up to be switched between at least two gear stages. In the course of a
  • the first gear stage and the second gear stage of the reduction gears are preferably identical to one another.
  • Input shaft reduced from a setpoint until the at least one
  • Switching element is load-free.
  • the at least one shift element is then switched from the one gear stage to a neutral position, in which the input shaft and the output shaft are decoupled from one another in terms of drive. It is then by means of the associated electric motor, the speed of the input shaft is synchronized with the speed of the sun gear of the other gear stage.
  • the at least one shift element is then shifted into the other gear stage.
  • the torque of the input shaft is then brought to the setpoint or another setpoint by means of the associated electric motor. For example, this procedure is first with one reduction gear and then with the other
  • a computer program product comprises a program code, which is stored on a medium that can be read by a computer, for carrying out the method described above.
  • the advantages and technical effects that can be achieved with the computer program product correspond to those of the method described above.
  • the invention comprises an electronic control and / or
  • Control device can have a digital processing unit, which preferably has a microprocessor unit (CPU).
  • the CPU can be data and / or signal connected to a memory system and / or bus system.
  • the control and / or regulating device can have one or more programs or program modules.
  • the digital processing unit can be designed such that commands, which are implemented as a program stored in a memory system, are processed and / or input signals are received by a data bus system and / or output signals are received
  • the storage system can have one or more, in particular different, storage media.
  • the storage media can be optical storage media and / or magnetic storage media and / or solid-state-related storage media and / or non-volatile storage media.
  • the invention comprises a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, comprising the rigid axle described above and / or the one described above Computer program product described and / or the control and / or regulating device described above.
  • Fig. 1 shows a possible embodiment of an electric motor driven
  • FIG. 2 shows the rigid axle according to FIG. 1 in a schematic representation
  • Fig. 3 shows another possible embodiment of an electric motor
  • FIG. 6 shows the rigid axle according to FIG. 3 in a possible switching state
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a rigid axle 100 driven by an electric motor, which is suitable for use in motor vehicles, such as, for example, commercial vehicles.
  • Figure 2 shows the structure of the rigid axle 100 in a schematic representation.
  • the rigid axis 100 comprises two each other
  • FIG. 1 shows a vehicle wheel 300 as a double wheel with twin tires on one of the wheel carriers 120, 120 ', namely the wheel carrier 120'.
  • the wheel carriers 120, 120 ' are at opposite longitudinal ends 111, 111' of the axle body 110
  • the wheel carriers 120, 120 ' are preferably each on the
  • Axle body 110 rotatably mounted.
  • the wheel axles 121, 121 'are preferably coaxial with one another.
  • the wheel axles 121, 121 'are preferably also coaxial to the
  • the rigid axis 100 preferably has a plurality of connection points 160, which can be used for fastening the axle body 110 to a vehicle frame 400.
  • the rigid axle 100 further comprises two electric motors 130, 130 ', one of which is used to drive one of the wheel carriers 120, 120'. Those are preferred
  • the electric motors 130, 130 ′ are each arranged in the area of a center 170.
  • the center 170 is arranged between the wheel carriers 120, 120 'at a halving distance from the respective wheel carrier 120 or 120' and lies on a transverse axis 220 which, for example, corresponds to a longitudinal vehicle axis (not shown in FIGS. 1 and 2).
  • a transverse axis 220 which, for example, corresponds to a longitudinal vehicle axis (not shown in FIGS. 1 and 2).
  • Wheel carrier 120 or 120 'carrying carrier 16 or 16' rotatably mounted.
  • the motor bracket 15 or 15 ′ and / or the bracket 16 or 16 ′ are each a component of a structural unit of the axle body 110.
  • the structural units in the region of the transverse axes 220 or in the transverse axis 220 are preferred
  • the rigid axis 100 is preferably constructed overall symmetrically with respect to the transverse axis 220 or the center 170.
  • the electric motors 130, 130 'each have a motor shaft 131, 13T, via which the wheel carrier 120 or 120' assigned to the respective electric motor 130 or 130 'is driven.
  • the motor shaft 130 or 130 ' preferably forms a motor axis of the respective electric motor 130 or 130'.
  • the associated one is preferred Motor carrier 15 or 15 'and / or the associated associated carrier 16 or 16' coaxial to the motor shaft 130 or 130 'or the motor axis.
  • the rigid axle 100 preferably further comprises two reduction gears 140, 140 ', one of which is interposed between one of the electric motors 130, 130' and the wheel carrier 120 or 120 'assigned to the drive.
  • the respective wheel carrier 120 or 120 'and / or the area on which the respective wheel carrier 120 or 120' is rotatably mounted on the axle body 110 is free of any gearboxes, in particular reduction gears.
  • the output shaft 2 or 2 'of the respective reduction gear 140 or 140' is preferably connected in a rotationally fixed manner to the wheel carrier 120 or 120 'assigned to the drive, in particular directly connected in a rotationally fixed manner to the wheel carrier 120 or 120' assigned to the drive.
  • the input shaft 1 or T and the output shaft 2 or 2 'of the reduction gears 140, 140' are preferably each coaxial to one another and / or coaxial to the wheel axis 120 or
  • the reduction gears 140, 140 ' are preferably each designed as planetary gears with at least one gear set 10 or 10', in particular a single gear set 10 or 10 '.
  • the gear set 10 or 10 'each comprises a sun gear 10.1 or 10.1', at least one planet gear 10.2 or 10.2 ', a planet gear carrier 10.3 or 10.3' and a ring gear 10.4 or 10.4 '.
  • 10.4 ' is arranged in a rotationally fixed manner, for example in a rotationally fixed manner on the axle body 110 or the carrier 16 or 16'.
  • gears 150, 150 ' are preferably also provided, of which a gear 150 or 150' between each one of the
  • Reduction gear 140, 140 'and the drive-associated electric motor 130 and 130' is interposed.
  • the further gears 150 preferably form 150 'each have a first reduction stage and the reduction gears 140, 140' form a second reduction stage.
  • the at least two further gears 150, 150 ' are preferably each as
  • Offset gear designed and each have an input shaft 5 or 5 'and each have an output shaft 6 or 6' offset parallel thereto.
  • the respective output shaft 5 or 5 ' is driveably connected to the motor shaft 131 or 131' of the associated electric motor 130 or 130 ', in particular connected in a rotationally fixed manner, or formed by a common shaft.
  • the respective output shaft 6 or 6 'with the input shaft 1 or V of the respectively assigned is preferred
  • Reduction gear 140 or 140 ' operatively connected, in particular rotatably connected, or formed by a common shaft.
  • the output shaft 6 or 6 ' is preferably arranged coaxially to the wheel axis 121 or 121'.
  • the further gears 150, 150 ' comprise at least one wheel set 40 or 40', in particular a single wheel set 40 or 40 '.
  • the further gears 150, 150 ' comprise at least one wheel set 40 or 40', in particular a single wheel set 40 or 40 '.
  • the main gear 40.1 or 40.1 ' meshes with one of the intermediate gears 40.2 or 40.2' and 40.3 or 40.3 ', in particular the intermediate gear 40.2 or 40.2', which in turn meshes with the other intermediate gear 40.3 or 40.3 '.
  • the main gear 40.1 or 40.1 'and the intermediate gears 40.2 or 40.2' and 40.3 or 40.3 ' are preferably surrounded by the ring gear 40.4 or 40.4', the main gear 40.1 or 40.1 'and the external idler gear 40.3 or 40.3' Comb with an internal toothing of the ring gear 40.4 or 40.4 '.
  • the main gear 40.1 or 40.1 ' are preferably assigned to the drive shaft 5 or 5' and the ring gear 40.4 or 40.4 'to the output shaft 6 or 6', in particular connected in a rotationally fixed manner or formed by a common shaft.
  • the intermediate wheels 40.2, 40.3, 40.2 ', 40.3' are preferably each rotatably mounted, for example, on an axis of rotation 7 or 8 or 7 'or 8' fixed to the housing rotatably supported with the interposition of a bearing.
  • the camp can be a
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment of a rigid axle 100.1 driven by an electric motor for vehicles, in particular commercial vehicles, in a schematic representation.
  • Components of the rigid axle 100.1 of FIG. 3 which are identical or functionally identical to components of the rigid axle 100 of FIGS. 1 and 2 are provided with the same reference symbols; in this respect reference is made to the description of the rigid axle 100 of FIGS. 1 and 2.
  • the rigid axle 100.1 of FIG. 3 differs from the rigid axle 100 of FIGS. 1 and 2 in that instead of the reduction gears 140, 140 ', which provide a single gear stage or form a fixed ratio, two reduction gears 140.1, 140.1' are now provided, which each
  • the reduction gears 140.1, 140.1 ' preferably each have at least two wheel sets 20, 30 or 20', 30 'and at least one shift element S or S'.
  • the at least two wheel sets 20, 30 and 20 ', 30' each form one of the at least two gear stages and the at least one shift element S, S 'is set up to be brought into at least two shift positions in which the input shaft 1 or T and the output shafts 2 and 2 'are drivingly coupled to each other by one of the at least two wheel sets 20, 30 and 20', 30 '.
  • the at least one switching element S or S ' is preferably also set up to be brought into a neutral position, in which the input shaft 1 or T and the output shaft 2 or 2' are decoupled from one another in terms of drive.
  • the at least two gear sets 20, 30 or 20 ', 30' each comprise a planetary gear stage, each with a sun gear 20.1 or 20. T or 30.1 or 30.1 ', at least one planet gear 20.2 or 20.2 'or 30.2 or 30.2', a planet gear carrier or web 20.3 or 20.3 'or 30.3 or 30.3' and a ring gear 20.4 or 20.4 'or 30.4 or 30.4'.
  • the ring gear 20.4 or 20.4 'or 30.4 or 30.4' is preferably arranged in a rotational test, for example on the
  • Axle body 1 10, in particular the carrier 16 or 16 ', is set in a rotational test, for example molded on.
  • the planet gear carrier 20.3 or 20.3 'of the first gear set 20 or 20' is connected to the output shaft 2 or 2 'in a rotationally fixed manner, in particular integrally molded thereon.
  • the sun gear 20.1 or 20.T of the first gear set 20 or 20 ' is preferably connected in a rotationally fixed manner to a first intermediate shaft 3 or 3'. This is preferred
  • Sun gear 30.1 or 30 T of the second wheel set 30 or 30 'with a second intermediate shaft 4 or 4' rotatably connected.
  • the second intermediate shaft 4 or 4 ' is designed as a hollow shaft in which the first intermediate shaft 3 or 3' is rotatably received.
  • Switching element S or S ' is set up to connect the input shaft 1 or T to the first intermediate shaft 3 or 3' or the second intermediate shaft 4 or 4 'either in a rotationally fixed manner.
  • the at least one switching element S or S ' is preferably formed by a shifting sleeve which is displaceable on the input shaft 1 or T and is rotationally fixed relative to the input shaft 1 or T, or the at least one switching element S or S' comprises such a shifting sleeve.
  • the shift sleeve is, for example, non-rotatably connected to the sun gear 20.1 or 20.T of the first gear set 20 or 20 'in one displacement position and to the sun gear 30.1 or 30.T of the second in another displacement position
  • Wheelset 30 or 30 'rotatably connected
  • a switching operation can be carried out as follows: First one of the
  • Reduction gear 140.1, 140. T switched from one of the at least two gear stages to another of the at least two gear stages, for example from one first gear to a second gear without, for example
  • Gear steps switched for example switched from a first gear step to a second gear step.
  • gear steps switched for example switched from a first gear step to a second gear step.
  • Reduction gear 140.1 or 140.1 'associated electric motor 130 or 130' can be used as a synchronization aid.
  • first gear stage and the second gear stage of the reduction gears 140.1, 140.1 ' are identical to one another.
  • a possible sequence of the method steps to be carried out in the course of such a shift process can then be configured as follows: starting from a shifted gear stage in which the first gear set 20 of the
  • Reduction gear 140.1 is switched by means of the associated
  • Reduction gear 140.1 from a setpoint until the at least one switching element S of the reduction gear 140.1 is load-free.
  • the at least one switching element S is then switched from the one gear stage to a neutral position in which the input shaft 1 and the output shaft 2 are decoupled from one another in terms of drive. It is then by means of the associated electric motor 130, the speed of the input shaft 1 with the speed of the
  • the torque of the input shaft 1 is then brought to the desired value or another desired value by means of the associated electric motor 130.
  • the second gear set 30 is now shifted in the reduction gear 140.1.
  • Reduction gear 140.1, 140.1 'is switched is shown in Figure 3.
  • the switching element S or S ' is located there in a switching position A or A', in which the switching element S or S 'is rotatably connected to the first intermediate shaft 3 or 3' and thus the input shaft 1 or 1 'and the output shaft 2 or 2' are driveably connected to one another via the first wheel set 20 or 20 '.
  • the reduction gears 140.1, 140.1 ' are in a first gear there.
  • Figure 6 shows an example of a switching position B or B 'of
  • FIG. 7 shows an example of a shift position C or C 'of the shift element S or S', in which the second wheel set 30 or 30 'of the reduction gears 140.1, 140.1' is shifted.
  • the switching element S or S' is connected in a rotationally fixed manner to the second intermediate shaft 4 or 4 'and thus the input shaft 1 or 1' and the output shaft 2 or 2 'are via the second wheel set 30 or 30 'drive-connected to each other.
  • Reduction gear 140.1, 140.1 'there in a second gear Reduction gear 140.1, 140.1 'there in a second gear.
  • reference to a particular aspect or embodiment or configuration means that a particular feature or characteristic is related is described with the respective aspect or the respective embodiment or the respective configuration, at least contained therein, but not

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Starrachse (100; 100.1) für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge. Die Starrachse (100; 100.1) umfasst einen länglichen Achskörper (110), zwei Radträger (120, 120') und wenigstens eine Anbindungsstelle (160) zum Befestigen des Achskörpers (110) an einem Fahrzeugrahmen (400), wobei an gegenüberliegenden längsseitigen Enden (111, 111') des Achskörpers (110) jeweils einer der Radträger (120, 120') vorgesehen ist, welche gegenüber dem Achskörper (110) jeweils um eine Radachse (121, 121') drehbeweglich sind. Die Starrachse (100; 100.1) umfasst ferner zwei radnahe Elektromotoren (130, 130'). Darüber hinaus umfasst die Starrachse (100; 110.1) zwei Untersetzungsgetriebe (140, 140'; 140.1, 140.1'), von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren (130, 130') und dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120, 120') zwischengeschaltet ist. Es ist vorgesehen, dass die Untersetzungsgetriebe (140, 140'; 140.1, 140.1') jeweils dem Achskörper (110) zugeordnet sind und die Ausgangswelle (2; 2') des jeweiligen Untersetzungsgetriebes (140; 140'; 140.1; 140.1') mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120; 120') drehfest verbunden ist.

Description

Elektromotorisch anqetriebene Starrachse für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, und Verfahren zu deren Betrieb, Computerprogrammprodukt,
Steuerungs- und/oder Reqelunqsvorrichtunq und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Starrachse für Fahrzeuge, beispielsweise Nutzfahrzeuge. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum
Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Com puterprogramm produkt, eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
Eine elektromotorisch angetriebene Starrachse ist aus der DE 295 18 401 U1 bekannt. Die Starrachse hat zwei einander gegenüberliegende Radnaben, an welchem jeweils ein Fahrzeugrad befestigt ist. Die Radnaben sind jeweils an einem Nabenträger der Starrachse drehbar gelagert. Weiterhin hat die Starrachse zwei radnahe angeordnete Elektromotoren, von denen jeweils ein Elektromotor einem der Räder zugeordnet ist und zum Antreiben des zugeordneten Rades dient. Der Antrieb erfolgt jeweils über ein Untersetzungsgetriebe, welches zwischen der jeweiligen Radnabe und dem zugeordneten Elektromotor zwischengeschaltet ist und dazu dient die Drehzahl des Elektromotors zugunsten eines höheren Drehmomentes zu wandeln. Das Untersetzungsgetriebe ist als Planetenradgetriebe ausgebildet und befindet sich innerhalb der Radnabe, wobei das Flohlrad des Planetenradgetriebes an der Radnabe angeformt ist, also mit der Radnabe eine feste Baueinheit bildet.
Bei solchen Starrachsen ist man im Grunde auf den Einsatz der einen Radnabe begrenzt. Sofern auch Radnaben anderer Größe bei der Starrachse eingesetzt werden sollen, beispielsweise um Felgen anderer Größe nutzen zu können, kann das ursprüngliche Planetenradgetriebe so nicht mehr genutzt werden. Es ist vielmehr eine Anpassung zumindest einzelner Getriebeglieder des Planetenradgetriebes oder sogar eine vollständige Neukonstruktion des Planetenradgetriebes vorzunehmen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, wenigstens eine Möglichkeit vorzuschlagen, bei einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse der eingangs genannten Art eine Nutzung unterschiedlicher Radnaben oder sonstiger Radträger zu erleichtern. Die Aufgabe wird mit einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Zur Lösung der Aufgabe werden ferner ein Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse mit den Merkmalen des Anspruches 19, ein Computerprogramm produkt mit den Merkmalen des Anspruches 22, eine elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 23 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 24 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen und/oder Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Eine grundlegende elektromotorisch angetriebene Starrachse für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, umfasst einen vorzugsweise länglichen Achskörper, zwei Radträger, insbesondere Radnaben, und wenigstens eine Anbindungsstelle zum Befestigen des Achskörpers an einem Fahrzeugrahmen. Bei dem Achskörper ist an gegenüberliegenden längsseitigen Enden jeweils einer der Radträger
vorgesehen, welcher gegenüber dem Achskörper jeweils um eine Radachse drehbeweglich sind. Die Radträger dienen jeweils zur Befestigung wenigstens eines Fahrzeugrades. Insbesondere sind die Radträger einander gegenüberliegend angeordnet und dazwischen ist der Achskörper vorgesehen. Beispielsweise sind die Radträger an dem Achskörper drehbar gelagert. Insbesondere sind die Radträger koaxial zueinander angeordnet. Insbesondere liegen die Radachsen auf einer gemeinsamen Achse.
Die Starrachse umfasst ferner zwei radnahe angeordnete Elektromotoren, von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger dient. Die Elektromotoren weisen jeweils eine Motorwelle auf. Insbesondere sind die Elektromotoren und/oder die Motorwellen koaxial zueinander angeordnet. Weiterhin umfasst die Starrachse zwei Untersetzungsgetriebe, von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren und dem triebmäßig zugeordneten Radträger zwischengeschaltet ist. Die
Untersetzungsgetriebe weisen jeweils eine antriebsseitig vorgesehene
Eingangswelle und eine abtriebsseitig vorgesehene Ausgangswelle auf.
Unter der Bezeichnung„Elektromotor“ ist in der vorliegenden Beschreibung jede Art von Maschine zu verstehen, welche elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt. Insofern ist in der vorliegenden Beschreibung die Bezeichnung „Elektromotor“ als Synonym für eine elektrische Maschine zu verstehen. Unter der Bezeichnung„Motorwelle“ ist in der vorliegenden Beschreibung eine Abtriebswelle bzw. Ausgangswelle des Elektromotors zu verstehen. Unter der Bezeichnung „radnahe“ ist in der vorliegenden Beschreibung insbesondere zu verstehen, dass die Elektromotoren nahe an dem triebmäßig zugeordneten Radträger angeordnet sind, also vorzugsweise im Bereich der Starrachse in einem gewissen Abstand zu dem zugeordneten Radträger und insbesondere nicht direkt an oder in dem zugeordneten Radträger vorliegen.
Bei einer Ausführungsform sind die Untersetzungsgetriebe jeweils dem Achskörper zugeordnet, insbesondere innerhalb des Achskörpers angeordnet, und die
Ausgangswelle des jeweiligen Untersetzungsgetriebes ist mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger drehfest verbunden. Dadurch ist es erleichtert oder sogar erst ermöglicht, die Radträger gegen andere Radträger auszutauschen oder anstelle der Radträger andere Radträger zu nutzen, ohne dass die Untersetzungsgetriebe dazu ausgetauscht oder geändert werden brauchen. Die Starrachse kann
verschiedene Nabengrößen, insbesondere Standardnabengrößen, mit den gleichen Untersetzungsgetrieben nutzen, welche bereits bei der Starrachse vorhanden sind. Dies ist durch die Zuordnung der Untersetzungsgetriebe zu dem Achskörper erreicht, wodurch die Untersetzungsgetriebe von den Radträgern baulich entkoppelt sind und insbesondere lediglich noch die notwendige drehfeste Verbindung zwischen der Ausgangswelle des jeweiligen Untersetzungsgetriebes und dem triebmäßig zugeordneten Radträger vorliegt. Im Grunde kann dadurch die Nabengröße bzw. die Größe des Radträgers frei gewählt und die getriebetechnische Auslegung der Starrachse kann unverändert aufrechterhalten bleiben. Ein Austausch des
Radträgers gegen einen anderen Radträger ist ferner begünstigt, wenn
beispielsweise die Ausgangswelle des jeweiligen Untersetzungsgetriebes mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger lösbar drehfest verbunden ist.
Bei den Untersetzungsgetrieben können die Eingangswelle und die Ausgangswelle jeweils koaxial zueinander und/oder koaxial zu der Radachse des jeweils triebmäßig zugeordneten Radträgers vorliegen. Dazu kann es nach einer möglichen
Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Untersetzungsgetriebe jeweils als Planetenradgetriebe ausgebildet sind. Beispielsweise umfassen die
Untersetzungsgetriebe jeweils wenigstens einen Radsatz, insbesondere einen einzigen Radsatz, mit einem Sonnenrad, wenigstens einem Planetenrad,
beispielsweise zwei oder drei Planetenräder, einem Planetenradträger, insbesondere Steg, und ein Hohlrad. Beispielsweise sind das Hohlrad mit der Eingangswelle und der Planetenradträger mit der Ausgangswelle drehtest verbunden. Auch kann es umgekehrt sein, dass das Sonnenrad mit der Ausgangswelle und der
Planetenradträger mit der Eingangswelle drehtest verbunden sind. Bevorzugt ist das Hohlrad drehfest angeordnet, beispielsweise gegen ein gehäusefestes Bauteil festgesetzt oder daran angeformt. Das gehäusefeste Bauteil kann der Achskörper, insbesondere ein Bauteil oder Gehäuseabschnitt des Achskörpers sein.
Nach einer weiteren oder anderen möglichen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Untersetzungsgetriebe jeweils eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden. Insbesondere weisen die wenigstens zwei Gangstufen unterschiedliche Übersetzungen auf bzw. sind in der jeweils
bereitgestellten Übersetzung zueinander verschieden. Dadurch ist eine Maßnahme ergriffen, welche sich günstig auf die Antriebseigenschaften der Starrachse auswirkt. Denn durch die Schaltbarkeit der Untersetzungsgetriebe ist eine Steuerung des motorischen Antriebes der Starrachse zusätzlich zu einer möglichen
Drehzahlsteuerung über die Elektromotoren zur Verfügung gestellt. Dies begünstigt bei einem Kraftfahrzeug, welches mit einer solchen Starrachse ausgerüstet ist, sich auf gegebene Fahranforderungen anzupassen. Beispielsweise begünstigt eine solche Starrachse die Steigfähigkeit des Kraftfahrzeuges. Auch ist es dadurch begünstigt, die Endgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zu beeinflussen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Untersetzungsgetriebe jeweils wenigstens zwei Radsätze, insbesondere ausschließlich zwei Radsätze, und jeweils wenigstens ein Schaltelement, insbesondere ein einziges Schaltelement umfassen. Bevorzugt bilden die wenigstens zwei Radsätze jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen. Bevorzugt ist das wenigstens eine Schaltelement eingerichtet, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Eingangswelle und die
Ausgangswelle miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze triebmäßig gekoppelt sind. Das wenigstens eine Schaltelement kann also eingerichtet sein, in einer der wenigstens zwei Schaltstellungen die Eingangswelle und die Ausgangswelle über einen der wenigstens zwei Radsätze miteinander triebmäßig zu koppeln und in einer anderen der wenigstens zwei Schaltstellungen die Eingangswelle und die
Ausgangswelle über einen anderen der wenigstens zwei Radsätze triebmäßig miteinander zu koppeln. Ergänzend kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Schaltelement ferner eingerichtet ist, in eine Neutralstellung und/oder eine weitere Schaltstellung gebracht zu werden, in welcher die Eingangswelle und die Ausgangswelle voneinander triebmäßig entkoppelt sind.
Nach einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Untersetzungsgetriebe jeweils als Planetenradgetriebe ausgebildet sind und die wenigstens zwei Radsätze einen ersten Radsatz und einen zweiten Radsatz umfassen, welche jeweils ein Sonnenrad, wenigstens ein Planetenrad, beispielsweise zwei oder drei
Planetenräder, einen Planetenradträger, insbesondere Steg, und ein Hohlrad aufweisen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Sonnenrad der Eingangswelle und der Planetenradträger der Ausgangswelle oder umgekehrt das Sonnenrad der Ausgangswelle und der Planetenradträger der Eingangswelle zugeordnet sind, insbesondere drehfest miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind der
Planetenradträger des ersten Radsatzes und der Planetenradträger des zweiten Radsatzes drehfest miteinander und drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. Bevorzugt ist das Hohlrad drehfest angeordnet, beispielsweise gegen ein
gehäusefestes Bauteil festgesetzt oder daran angeformt. Das gehäusefeste Bauteil kann der Achskörper, insbesondere ein Bauteil oder Gehäuseabschnitt des
Achskörpers sein.
Eine mögliche Ausgestaltung besteht darin, dass das Sonnenrad des ersten
Radsatzes mit einer Zwischenwelle drehfest verbunden ist und das Sonnenrad des zweiten Radsatzes mit einer zweiten Zwischenwelle drehfest verbunden ist.
Insbesondere ist die zweite Zwischenwelle als Hohlwelle ausgebildet, in welcher die erste Zwischenwelle drehbar aufgenommen ist. Es ist insbesondere ferner vorgesehen, dass das wenigstens eine Schaltelement eingerichtet ist, die
Eingangswelle mit der ersten Zwischenwelle oder der zweiten Zwischenwelle wahlweise drehfest zu verbinden, also je nach Erfordernis das Sonnenrad des ersten Radsatzes mit der Eingangswelle oder das Sonnenrad des zweiten Radsatzes mit der Eingangswelle drehfest zu verbinden. Das wenigstens eine Schaltelement kann dazu pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektrisch und/oder mechanisch betätigbar ausgebildet sein. Beispielsweise umfasst das Schaltelement eine auf einer Welle, insbesondere der Eingangswelle, verschiebbar und gegenüber der
Eingangswelle drehfest angeordnete Schaltmuffe, welche in einer Verschiebeposition mit dem Sonnenrad des ersten Radsatzes drehfest verbunden ist und einer anderen Verschiebeposition mit dem Sonnenrad des zweiten Radsatzes drehfest verbunden ist.
Beispielsweise hat die Schaltmuffe eine Schaltverzahnung und die erste
Zwischenwelle und die zweite Zwischenwelle weisen jeweils eine Gegenverzahnung auf. Beispielsweise ist die jeweilige Gegenverzahnung an einem drehfest an der ersten Zwischenwelle bzw. der zweiten Zwischenwelle angeordneten Zwischenring ausgebildet. Beispielsweise ist jeweils der Zwischenring mit der ersten
Zwischenwelle bzw. der zweiten Zwischenwelle drehfest verbunden oder daran angeformt. Beispielsweise ist die Schaltmuffe mit einer Schaltgabel mechanisch gekoppelt, durch welche die Schaltmuffe betätigt werden kann, um von der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung oder eine Neutralstellung bzw. die vorstehend beschriebene Neutralstellung geschaltet zu werden und auf diese Art und Weise ein Schalten der Gangstufe zu ermöglichen.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens zwei weitere Getriebe vorgesehen, von denen jeweils ein Getriebe zwischen jeweils einem der
Untersetzungsgetriebe und dem triebmäßig zugeordneten Elektromotor
zwischengeschaltet ist. Bei den wenigstens zwei weiteren Getrieben kann es sich jeweils um ein weiteres Untersetzungsgetriebe handeln. Dadurch kann die Drehzahl des triebmäßig zugeordneten Elektromotors weitergehend zugunsten eines höheren Drehmomentes gewandelt werden, da nunmehr jeweils zwei Untersetzungsgetriebe vorliegen.
Ergänzend oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei weiteren Getriebe als Versatzgetriebe ausgebildet sind und jeweils eine Antriebswelle und eine dazu parallel versetzt angeordnete Abtriebswelle umfassen. Dadurch ist eine Voraussetzung geschaffen, dass über eine axiale Länge zwischen dem jeweiligen weiteren Getriebe und dem jeweils zugeordneten Radträger ein Freiraum vorliegt, welcher durch den Versatz zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des jeweiligen weiteren Getriebes erreicht ist. Dieser Freiraum kann beispielsweise als Bauraum für etwaige Bauteile im radnahen Bereich eines
Kraftfahrzeuges genutzt sein.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweilige Abtriebswelle mit der Motorwelle des zugeordneten Elektromotors triebverbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist, und die jeweilige Abtriebswelle mit der Eingangswelle des jeweils zugeordneten Untersetzungsgetriebes wirkverbunden ist, insbesondere drehfest verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Antriebswelle koaxial zur Motorwelle und die Abtriebswelle koaxial zur Radachse angeordnet sind.
Nach einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die wenigstens zwei weiteren Getriebe jeweils wenigstens einen Radsatz, insbesondere einen einzigen Radsatz, umfassen. Beispielsweise umfasst der wenigstens eine Radsatz eine
Stirnradpaarung. Insbesondere umfasst der wenigstens eine Radsatz ein Hauptrad, wenigstens ein Zwischenrad und ein Hohlrad, wobei das Hauptrad und das wenigstens eine Zwischenrad miteinander und mit einer Innenverzahnung des Hohlrades kämmen. Auch können zwei Zwischenräder vorgesehen sein. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Zwischenräder miteinander kämmen und eines der Zwischenräder zusätzlich mit dem Hauptrad kämmt. Ferner kämmen in diesem Fall das andere der Zwischenräder und das Hauptrad mit der
Innenverzahnung des Hohlrades. Beispielsweise sind das Hauptrad der
Antriebswelle und das Hohlrad der Abtriebswelle oder umgekehrt das Hauptrad der Abtriebswelle und das Hohlrad der Antriebswelle zugeordnet.
Eine mögliche Ausgestaltung besteht darin, dass das Hauptrad mit der Antriebswelle und das Hohlrad mit der Abtriebswelle drehfest verbunden sind. Ferner ist es insbesondere vorgesehen, dass das wenigstens eine Zwischenrad auf einer gehäusefesten Drehachse, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers, drehbar gelagert ist. Das Lager kann ein Wälzlager, insbesondere ein Zylinderrollenlager oder ein Gleitlager sein.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Starrachse ein Zentrum aufweist, welches in Bezug auf den Abstand zwischen den Radträgern in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger liegt. Beispielsweise ist die Starrachse symmetrisch bezüglich einer orthogonal zu der Längsachse der Starrachse liegenden Mittelachse oder Querachse aufgebaut und umfasst wenigstens zwei zueinander vorzugsweise identische Baueinheiten, welche in der Mittelachse oder im Bereich der Mittelachse zusammengefügt sind.
Nach einer Ausgestaltung liegen die Elektromotoren im Bereich des Zentrums bzw. im Bereich der Mittelachse oder Querachse vor. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Elektromotoren jeweils in dem Achskörper untergebracht sind oder zumindest teilweise darin aufgenommen sind und beispielsweise in Längsrichtung der Starrachse gesehen, hintereinanderliegend angeordnet sind. Nach einer weiteren Ausgestaltung sind die Untersetzungsgetriebe und/oder die weiteren Getriebe innerhalb des Achskörpers, insbesondere innerhalb eines dem zugehörigen
Radträger tragenden Trägerteiles des Achskörpers angeordnet.
Durch die Erfindung können die Untersetzungsgetriebe innenliegend, also innerhalb der Nabenlagerung der Starrachse, platziert werden. Die Starrachse kann dadurch verschiedene Standardnabengrößen aufnehmen, wie beispielsweise Radnaben bzw. Radträger für Felgen in einer Baugröße von 22,5 Zoll oder 19,5 Zoll oder US- Radköpfe. Es kann für alle diese Varianten der Starrachse auf den gleichen
Antriebsstrang mit den Elektromotoren und den Untersetzungsgetrieben
zurückgegriffen werden, welche unverändert beibehalten werden können.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer
elektromotorisch angetriebenen Starrachse. Bei der Starrachse handelt es sich um die Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Starrachse, bei der die
Untersetzungsgetriebe jeweils eingerichtet sind, zwischen jeweils wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden. Bei dem Verfahren wird im Zuge eines
Schaltvorganges eines der Untersetzungsgetriebe von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet und anschließend das andere der Untersetzungsgetriebe von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet und dazu wird der dem jeweiligen Untersetzungsgetriebe zugeordnete Elektromotor als Synchronisationshilfe genutzt.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass im Zuge des einen Schaltvorganges zuerst das eine Untersetzungsgetriebe geschaltet wird, ohne dass währenddessen das andere Untersetzungsgetriebe geschaltet wird. Erst anschließend wird im Zuge des einen Schaltvorganges dann das andere Untersetzungsgetriebe geschaltet. Um das jeweilige Untersetzungsgetriebe zu schalten, wird der jeweils zugeordnete
Elektromotor zu Synchronisationszwecken genutzt. Dadurch ist eine Maßnahme ergriffen, eine Gangschaltung vorzunehmen, welche eine Schaltung beider
Untersetzungsgetriebe betrifft, wobei eine Zugkraftunterbrechung vermieden ist oder weitgehend vermieden ist. Auf konstruktive Maßnahmen für eine Synchronisation kann verzichtet oder weitgehend verzichtet werden, da dazu auf die Elektromotoren zurückgegriffen wird.
Beispielsweise ist es bei dem Verfahren vorgesehen, dass die Getriebe von einer zueinander gleichen Gangstufe in eine zueinander gleiche Gangstufe geschaltet werden. Es werden also im Zuge des einen Schaltvorganges das eine
Untersetzungsgetriebe von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet und das andere Untersetzungsgetriebe von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet. Bevorzugt sind die erste Gangstufe und die zweite Gangstufe der Untersetzungsgetriebe zueinander identisch.
Um im Zuge des einen Schaltvorganges zuerst das eine der Untersetzungsgetriebe und dann das andere Untersetzungsgetriebe zu schalten, kann folgende
Vorgehensweise zum Schalten des jeweiligen Untersetzungsgetriebes vorgesehen sein: Es wird mittels des zugehörigen Elektromotors das Drehmoment der
Eingangswelle von einem Sollwert soweit verringert, bis das wenigstens eine
Schaltelement lastfrei ist. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet, in welcher die Eingangswelle und die Ausgangswelle voneinander triebmäßig entkoppelt sind. Es wird dann mittels des zugehörigen Elektromotors die Drehzahl der Eingangswelle mit der Drehzahl des Sonnenrades der anderen Gangstufe synchronisiert. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement in die andere Gangstufe geschaltet. Anschließend wird mittels des zugehörigen Elektromotors das Drehmoment der Eingangswelle auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht. Beispielsweise wird diese Vorgehensweise zuerst bei dem einen Untersetzungsgetriebe und dann bei dem anderen
Untersetzungsgetriebe ausgeführt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen. Das Computerprogrammprodukt umfasst einen Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Die Vorteile und technischen Effekte, die mit dem Computerprogrammprodukt erzielt werden können, entsprechen denjenigen des vorstehend beschriebenen Verfahrens.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine elektronische Steuerungs- und/oder
Regelungsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen
Com puterprogramm produkt. Die elektronische Steuerungs- und/oder
Regelungsvorrichtung kann eine digitale Verarbeitungseinheit aufweisen, die vorzugsweise eine Mikroprozessoreinheit (CPU) aufweist. Die CPU kann mit einem Speichersystem und/oder Bussystem daten- und/oder signalverbunden sein. Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung kann ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die digitale Verarbeitungseinheit kann derart ausgebildet sein, dass Befehle, welche als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abgearbeitet und/oder Eingangssignale von einem Datenbussystem entgegengenommen und/oder Ausgangssignale an ein
Datenbussystem abgegeben werden. Das Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene Speichermedien aufweisen. Die Speichermedien können optische Speichermedien und/oder magnetische Speichermedien und/oder festkörperbezogene Speichermedien und/oder nichtflüchtige Speichermedien sein.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, umfassend die vorstehend beschriebene Starrachse und/oder das vorstehend beschriebene Computerprogrammprodukt und/oder die vorstehend beschriebene Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch angetriebenen
Starrachse für Fahrzeuge in einem eingebauten Zustand an einem Fahrzeugrahmen,
Fig. 2 die Starrachse gemäß der Figur 1 in einer schematisierten Darstellung,
Fig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch
angetriebenen Starrachse für Fahrzeuge in einer schematisierten Darstellung,
Figuren 4 und 5
jeweils einen Ausschnitt aus der schematisierten Darstellung der Figur 2 im Bereich eines Radträgers und eines den Radträger tragenden Achskörpers,
Fig. 6 die Starrachse gemäß der Figur 3 in einem möglichen Schaltzustand und
Fig. 7 die Starrachse gemäß der Figur 3 in einem weiteren möglichen
Schaltzustand.
Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse 100, welche für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Nutzfahrzeugen, geeignet ist. Figur 2 zeigt den Aufbau der Starrachse 100 in einer schematisierten Darstellung. Die Starrachse 100 umfasst zwei einander
gegenüberliegende Radträger 120, 120' und einen dazwischenliegenden Achskörper 110, welcher sich entlang einer Längsachse 200 erstreckt und an welchem die Radträger 120, 120' drehbar gelagert sind. Die Radträger 120, 120' dienen jeweils zur Befestigung wenigstens eines Fahrzeugrades. In der Figur 1 ist beispielhaft an einem der Radträger 120, 120‘, nämlich dem Radträger 120' ein Fahrzeugrad 300 als Doppelrad mit einer Zwillingsbereifung dargestellt. Die Radträger 120, 120' sind an gegenüberliegenden längsseitigen Enden 111 , 111 ' des Achskörpers 1 10
vorgesehen und gegenüber dem Achskörper 1 10 jeweils um eine Radachse 121 ,
121 ' drehbeweglich. Bevorzugt sind die Radträger 120, 120' jeweils an dem
Achskörper 110 drehbar gelagert. Bevorzugt liegen die Radachsen 121 , 121 ' koaxial zueinander. Bevorzugt liegen die Radachsen 121 , 121 ' ferner koaxial zu der
Längsachse 200. Bevorzugt weist die Starrachse 100 mehrere Anbindungsstellen 160 auf, welche zum Befestigen des Achskörpers 110 an einem Fahrzeugrahmen 400 nutzbar ist.
Die Starrachse 100 umfasst ferner zwei Elektromotoren 130, 130‘, von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger 120, 120' dient. Bevorzugt sind die
Elektromotoren 130, 130' jeweils radnahe angeordnet. Beispielsweise sind die Elektromotoren 130, 130' jeweils im Bereich eines Zentrums 170 angeordnet.
Beispielsweise ist das Zentrum 170 zwischen den Radträgern 120, 120' in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger 120 bzw. 120' angeordnet und liegt auf einer Querachse 220, welche beispielsweise einer (in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellten) Fahrzeuglängsachse entspricht. Beispielsweise sind die
Elektromotoren 130, 130' jeweils an einem Motorträger 15 bzw. 15' angeordnet. Beispielsweise sind die Radträger 120, 120' jeweils an einem den jeweiligen
Radträger 120 bzw. 120' tragenden Träger 16 bzw. 16' drehbar gelagert.
Beispielsweise ist der Motorträger 15 bzw. 15' und/oder der T räger 16 bzw. 16' jeweils ein Bestandteil einer Baueinheit des Achskörpers 110. Bevorzugt sind die Baueinheiten im Bereich der Querachsen 220 oder in der Querachse 220
zusammengefügt. Bevorzugt ist die Starrachse 100 insgesamt symmetrisch bezüglich der Querachse 220 bzw. des Zentrums 170 aufgebaut. Die Elektromotoren 130, 130' weisen jeweils eine Motorwelle 131 , 13T auf, über welche der dem jeweiligen Elektromotor 130 bzw. 130' zugeordnete Radträger 120 bzw. 120' angetrieben wird. Bevorzugt bildet die Motorwelle 130 bzw. 130' eine Motorachse des jeweiligen Elektromotors 130 bzw. 130‘. Bevorzugt ist der jeweils zugehörige Motorträger 15 bzw. 15‘ und/oder der jeweils zugehörige T räger 16 bzw. 16‘ koaxial zu der Motorwelle 130 bzw. 130' bzw. der Motorachse angeordnet.
Bevorzugt umfasst die Starrachse 100 ferner zwei Untersetzungsgetriebe 140, 140‘, von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren 130, 130' und dem triebmäßig zugeordneten Radträger 120 bzw. 120' zwischengeschaltet ist. Die Untersetzungsgetriebe 140, 140' weisen jeweils eine antriebsseitig vorgesehene Eingangswelle 1 bzw. T und eine abtriebsseitig vorgesehene Ausgangswelle 2 bzw. 2' auf. Bevorzugt sind die Untersetzungsgetriebe 140, 140' jeweils dem Achskörper 110 zugeordnet. Beispielweise ist dadurch der jeweilige Radträger 120 bzw. 120' und/oder der Bereich, an welchem der jeweilige Radträger 120 bzw. 120' an dem Achskörper 110 drehbar gelagert ist, frei von etwaigen Getrieben, insbesondere Untersetzungsgetrieben. Bevorzugt ist die Ausgangswelle 2 bzw. 2' des jeweiligen Untersetzungsgetriebes 140 bzw. 140' mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger 120 bzw. 120' drehfest verbunden ist, insbesondere direkt mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger 120 bzw. 120' drehfest verbunden. Bevorzugt sind die Eingangswelle 1 bzw. T und die Ausgangswelle 2 bzw. 2' der Untersetzungsgetriebe 140, 140' jeweils koaxial zueinander und/oder koaxial zu der Radachse 120 bzw.
120' des jeweils triebmäßig zugeordneten Radträgers 120 bzw. 120' angeordnet.
Bevorzugt sind die Untersetzungsgetriebe 140, 140' jeweils als Planetenradgetriebe mit wenigstens einem Radsatz 10 bzw. 10‘, insbesondere einem einzigen Radsatz 10 bzw. 10‘, ausgebildet. Der Radsatz 10 bzw. 10' umfasst jeweils ein Sonnenrad 10.1 bzw. 10.1‘, wenigstens ein Planetenrad 10.2 bzw. 10.2‘, einen Planetenradträger 10.3 bzw. 10.3' und ein Hohlrad 10.4 bzw. 10.4‘. Bevorzugt sind das Sonnenrad 10.1 bzw. 10.1 ' mit der Eingangswelle 1 bzw. 1 ' und der Planetenradträger 10.3 bzw. 10.3' mit der Ausgangswelle 2 bzw. 2' drehfest verbunden und das Hohlrad 10.4 bzw.
10.4' ist drehfest angeordnet, beispielsweise an dem Achskörper 110 bzw. dem Träger 16 bzw. 16' drehfest angeordnet.
Bei der Starrachse 100 sind bevorzugt ferner weitere Getriebe 150, 150' vorgesehen, von denen jeweils ein Getriebe 150 bzw. 150' zwischen jeweils einem der
Untersetzungsgetriebe 140, 140' und dem triebmäßig zugeordneten Elektromotor 130 bzw. 130' zwischengeschaltet ist. Bevorzugt bilden die weiteren Getriebe 150, 150' jeweils eine erste Untersetzungsstufe und die Untersetzungsgetriebe 140, 140' bilden eine zweite Untersetzungsstufe.
Bevorzugt sind die wenigstens zwei weiteren Getriebe 150, 150' jeweils als
Versatzgetriebe ausgebildet und weisen jeweils eine Antriebswelle 5 bzw. 5' und jeweils eine dazu parallel versetzte Abtriebswelle 6 bzw. 6' auf. Beispielsweise ist die jeweilige Abtriebswelle 5 bzw. 5' mit der Motorwelle 131 bzw. 131 ' des zugeordneten Elektromotors 130 bzw. 130' triebverbunden, insbesondere drehfest verbunden, oder durch eine gemeinsame Welle gebildet. Bevorzugt ist die jeweilige Abtriebswelle 6 bzw. 6' mit der Eingangswelle 1 bzw. V des jeweils zugeordneten
Untersetzungsgetriebes 140 bzw. 140' wirkverbunden, insbesondere drehfest verbunden, oder durch eine gemeinsame Welle gebildet. Bevorzugt ist die
Antriebswelle 5 bzw. 5' koaxial zu der Motorwelle 131 bzw. 131 ' angeordnet.
Bevorzugt ist die Abtriebswelle 6 bzw. 6' koaxial zu der Radachse 121 bzw. 121 ' angeordnet.
Die weiteren Getriebe 150, 150' umfassen wenigstens einen Radsatz 40 bzw. 40‘, insbesondere einen einzigen Radsatz 40 bzw. 40‘. Bevorzugt umfasst der
wenigstens eine Radsatz 40 bzw. 40' jeweils ein Hauptrad 40.1 bzw. 40.1‘, wenigstens ein, vorzugsweise zwei Zwischenräder 40.2, 40.3, 40‘.2, 40.3' und ein Hohlrad 40.4 bzw. 40.4‘.
Das Hauptrad 40.1 bzw. 40.1 ' kämmt mit einem der Zwischenräder 40.2 bzw. 40.2' und 40.3 bzw. 40.3‘, insbesondere dem Zwischenrad 40.2 bzw. 40.2‘, welches wiederum mit dem anderen Zwischenrad 40.3 bzw. 40.3' kämmt. Bevorzugt sind das Hauptrad 40.1 bzw. 40.1‘ und die Zwischenräder 40.2 bzw. 40.2' und 40.3 bzw. 40.3' von dem Hohlrad 40.4 bzw. 40.4' umgeben, wobei das Hauptrad 40.1 bzw. 40.1 ' und das außenliegende Zwischenrad 40.3 bzw. 40.3' mit einer Innenverzahnung des Hohlrades 40.4 bzw. 40.4' kämmen. Bevorzugt sind das Hauptrad 40.1 bzw. 40.1 ' der Antriebswelle 5 bzw. 5' und das Hohlrad 40.4 bzw. 40.4' der Abtriebswelle 6 bzw. 6' zugeordnet, insbesondere drehfest verbunden oder durch eine gemeinsame Welle gebildet. Bevorzugt sind die Zwischenräder 40.2, 40.3, 40.2‘, 40.3' jeweils auf einer gehäusefesten Drehachse 7 bzw. 8 bzw. 7' bzw. 8' drehbar gelagert, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers drehbar gelagert. Das Lager kann ein
Wälzlager oder ein Gleitlager sein.
Figur 3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse 100.1 für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, in einer schematisierten Darstellung. Bauteile der Starrachse 100.1 der Figur 3, welche mit Bauteilen der Starrachse 100 der Figuren 1 und 2 identisch oder funktionsgleich sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insofern wird auf die Beschreibung zu der Starrachse 100 der Figuren 1 und 2 verwiesen.
Die Starrachse 100.1 der Figur 3 unterscheidet sich von der Starrachse 100 der Figuren 1 und 2 dadurch, dass anstelle der Untersetzungsgetriebe 140, 140‘, welche eine einzige Gangstufe bereitstellen bzw. eine feste Übersetzung bilden, nunmehr zwei Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' vorgesehen sind, welche jeweils
eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden.
Bevorzugt weisen die Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' dazu jeweils wenigstens zwei Radsätze 20, 30 bzw. 20‘, 30' und wenigstens ein Schaltelement S bzw. S' auf. Die wenigstens zwei Radsätze 20, 30 bzw. 20‘, 30' bilden jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen und das wenigstens eine Schaltelement S, S' ist eingerichtet, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Eingangswelle 1 bzw. T und die Ausgangswelle 2 bzw. 2' miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze 20, 30 bzw. 20‘, 30' triebmäßig gekoppelt sind. Bevorzugt ist das wenigstens eine Schaltelement S bzw. S' ferner eingerichtet, in eine Neutralstellung gebracht zu werden, in welcher die Eingangswelle 1 bzw. T und die Ausgangswelle 2 bzw. 2' voneinander triebmäßig entkoppelt sind.
Eine mögliche Ausgestaltung der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' ist
insbesondere in Figuren 4 und 5 dargestellt, welche den Bereich der Starrachse 100.1 im Bereich des Trägers 16 bzw. 16' in einer vergrößerten Darstellung zeigen. Wie insbesondere daraus ersichtlich ist, umfassen die wenigstens zwei Radsätze 20, 30 bzw. 20‘, 30' jeweils eine Planeten radstufe mit jeweils einem Sonnenrad 20.1 bzw. 20. T bzw. 30.1 bzw. 30.1‘, wenigstens einem Planetenrad 20.2 bzw. 20.2' bzw. 30.2 bzw. 30.2‘, einem Planetenradträger bzw. Steg 20.3 bzw. 20.3' bzw. 30.3 bzw. 30.3' und ein Hohlrad 20.4 bzw. 20.4' bzw. 30.4 bzw. 30.4‘. Bevorzugt ist das Sonnenrad 20.1 bzw. 20.1 ' bzw. 30.1 bzw. 30.1 ' der Eingangswelle 1 bzw. V zugeordnet, insbesondere damit drehtest verbunden. Bevorzugt ist der
Planetenradträger 20.3 bzw. 20.3' bzw. 30.3 bzw. 30.3' der Ausgangswelle 2 bzw. 2' zugeordnet, insbesondere damit drehtest verbunden. Bevorzugt ist das Hohlrad 20.4 bzw. 20.4' bzw. 30.4 bzw. 30.4' drehtest angeordnet, beispielsweise an dem
Achskörper 1 10, insbesondere dem Träger 16 bzw. 16' drehtest festgelegt, beispielsweise angeformt. Bevorzugt ist jeweils der Planetenradträger 20.3 bzw.
20.3' des ersten Radsatzes 20 bzw. 20' mit dem Planetenradträger 30.3 bzw. 30.3' des zweiten Radsatzes 30 bzw. 30' drehfest verbunden, insbesondere daran angeformt. In diesem Fall ist beispielsweise der Planetenradträger 20.3 bzw. 20.3' des ersten Radsatzes 20 bzw. 20' mit der Ausgangswelle 2 bzw. 2' drehfest verbunden, insbesondere daran angeformt.
Bevorzugt ist das Sonnenrad 20.1 bzw. 20. T des ersten Radsatzes 20 bzw. 20' mit einer ersten Zwischenwelle 3 bzw. 3' drehfest verbunden. Bevorzugt ist das
Sonnenrad 30.1 bzw. 30. T des zweiten Radsatzes 30 bzw. 30' mit einer zweiten Zwischenwelle 4 bzw. 4' drehfest verbunden. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die zweite Zwischenwelle 4 bzw. 4' als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher die erste Zwischenwelle 3 bzw. 3' drehbar aufgenommen ist. Beispielsweise ist das
Schaltelement S bzw. S' eingerichtet ist, die Eingangswelle 1 bzw. T mit der ersten Zwischenwelle 3 bzw. 3' oder der zweiten Zwischenwelle 4 bzw. 4' wahlweise drehfest zu verbinden. Bevorzugt ist dazu das wenigstens eine Schaltelement S bzw. S' durch eine auf der Eingangswelle 1 bzw. T verschiebbar und gegenüber der Eingangswelle 1 bzw. T drehfest vorliegende Schaltmuffe gebildet oder das wenigstens eine Schaltelement S bzw. S' umfasst eine solche Schaltmuffe. Die Schaltmuffe ist beispielsweise in einer Verschiebeposition mit dem Sonnenrad 20.1 bzw. 20. T des ersten Radsatzes 20 bzw. 20' drehfest verbunden und in einer anderen Verschiebeposition mit dem Sonnenrad 30.1 bzw. 30. T des zweiten
Radsatzes 30 bzw. 30' drehfest verbunden.
Durch die jeweils schaltbaren Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140. T ist die
Durchführung eines Schaltvorganges wie folgt möglich: Zuerst wird eines der
Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140. T von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet, beispielsweise von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe, ohne dass beispielsweise
währenddessen das andere der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' geschaltet wird. Anschließend wird dann das andere der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei
Gangstufen geschaltet, beispielsweise von einer ersten Gangstufe in eine zweite Gangstufe geschaltet. Im Zuge des Schaltvorganges kann der dem jeweiligen
Untersetzungsgetriebe 140.1 bzw. 140.1 ' zugeordnete Elektromotor 130 bzw. 130' als Synchronisationshilfe genutzt werden bzw. genutzt sein. Bevorzugt sind die Gangstufen der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' zueinander identisch
ausgebildet, insbesondere sind die erste Gangstufe und die zweite Gangstufe der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' zueinander identisch.
Eine mögliche Abfolge der auszuführenden Verfahrensschritte im Zuge eines solchen Schaltvorganges kann dann wie folgt ausgestaltet sein: Ausgehend von einer geschalteten Gangstufe, in welcher der erste Radsatz 20 des
Untersetzungsgetriebes 140.1 geschaltet ist, wird mittels des zugehörigen
Elektromotors 130 das Drehmoment der Eingangswelle 1 des
Untersetzungsgetriebes 140.1 von einem Sollwert soweit verringert, bis das wenigstens eine Schaltelement S des Untersetzungsgetriebes 140.1 lastfrei ist. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet, in welcher die Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 2 voneinander triebmäßig entkoppelt sind. Es wird dann mittels des zugehörigen Elektromotors 130 die Drehzahl der Eingangswelle 1 mit der Drehzahl des
Sonnenrades 30.1 der anderen Gangstufe synchronisiert. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S in die andere Gangstufe geschaltet und
anschließend mittels des zugehörigen Elektromotors 130 das Drehmoment der Eingangswelle 1 auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht wird. Bei dem Untersetzungsgetriebe 140.1 ist nunmehr der zweite Radsatz 30 geschaltet.
Bevorzugt wird die vorstehend am Beispiel des Untersetzungsgetriebes 140.1 beschriebene Abfolge in gleicher weise bei dem Schalten des
Untersetzungsgetriebes 140.1 ' vorgenommen. Ausgehend von einer geschalteten Gangstufe, in welcher der erste Radsatz 20' des Untersetzungsgetriebes 140.1 ' geschaltet ist, wird also mittels des zugehörigen Elektromotors 130' das Drehmoment der Eingangswelle V des Untersetzungsgetriebes 140.1 ' von einem Sollwert soweit verringert, bis das wenigstens eine Schaltelement S' des Untersetzungsgetriebes 140.1 ' lastfrei ist. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S' von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet, in welcher die Eingangswelle V und die Ausgangswelle 2' voneinander triebmäßig entkoppelt sind. Es wird dann mittels des zugehörigen Elektromotors 130' die Drehzahl der Eingangswelle V mit der Drehzahl des Sonnenrades 30.1‘ der anderen Gangstufe synchronisiert. Es wird dann das wenigstens eine Schaltelement S' in die andere Gangstufe geschaltet und
anschließend mittels des zugehörigen Elektromotors 130' das Drehmoment der Eingangswelle 1‘ auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht wird. Bei dem Untersetzungsgetriebe 140.1 ' ist nunmehr der zweite Radsatz 30' geschaltet.
Die Gangstufe, in der jeweils die der erste Radsatz 20 bzw. 20' der
Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' geschaltet ist, ist in der Figur 3 dargestellt. Das Schaltelement S bzw. S' befindet sich dort jeweils in einer Schaltstellung A bzw. A‘, in welcher das Schaltelement S bzw. S' jeweils mit der ersten Zwischenwelle 3 bzw. 3' drehfest verbunden ist und somit die Eingangswelle 1 bzw. 1 ' und die Ausgangswelle 2 bzw. 2' über den ersten Radsatz 20 bzw. 20' miteinander triebverbunden sind. Beispielsweise befinden sich die Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' dort in einem ersten Gang. Figur 6 zeigt beispielhaft eine Schaltstellung B bzw. B' des
Schaltelementes S bzw. S‘, in welchem die Eingangswelle 1 bzw. V und die
Ausgangswelle 2 bzw. 2' voneinander triebmäßig entkoppelt sind. Das Schaltelement S bzw. S' befindet sich in der vorstehend beschriebenen Neutralstellung. Figur 7 zeigt beispielshaft eine Schaltstellung C bzw. C‘ des Schaltelementes S bzw. S‘, in welchem jeweils der zweite Radsatz 30 bzw. 30' der Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' geschaltet ist. In der Schaltstellung C bzw. C‘ ist das Schaltelement S bzw. S' mit der zweiten Zwischenwelle 4 bzw. 4' drehfest verbunden und somit sind die Eingangswelle 1 bzw. 1‘ und die Ausgangswelle 2 bzw. 2' über den zweiten Radsatz 30 bzw. 30' miteinander triebverbunden. Beispielsweise befinden sich die
Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1 ' dort in einem zweiten Gang.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet die Bezugnahme auf einen bestimmten Aspekt oder eine bestimmte Ausführungsform oder eine bestimmte Ausgestaltung, dass ein bestimmtes Merkmal oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit dem jeweiligen Aspekt oder der jeweiligen Ausführungsform oder der jeweiligen Ausgestaltung beschrieben ist, zumindest dort enthalten ist, aber nicht
notwendigerweise in allen Aspekten oder Ausführungsformen oder Ausgestaltungen der Erfindung enthalten sein muss. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede Kombination der verschiedenen Merkmale und/oder Strukturen und/oder Eigenschaften, welche in Bezug auf die Erfindung beschrieben sind, von der Erfindung umfasst sind, sofern dies nicht ausdrücklich oder eindeutig durch den Zusammenhang widerlegt ist.
Die Verwendung von einzelnen oder allen Beispielen oder einer beispielhaften Ausdrucksweise im Text soll lediglich die Erfindung beleuchten und stellt keine Beschränkung hinsichtlich des Umfangs der Erfindung dar, wenn nichts anders behauptet wird. Auch ist keine Ausdrucksweise oder Formulierung der Beschreibung so zu verstehen, dass es sich um ein nicht beanspruchtes, aber für die Praxis der Erfindung wesentliches Element handelt ist.
Bezugszeichen , r Eingangswelle
2 Ausgangswelle
, 3‘ erste Zwischenwelle
, 4‘ zweite Zwischenwelle
, 5‘ Antriebswelle
6 Abtriebswelle
, 7‘ Drehachse
8 Drehachse 0, 10‘ Radsatz
0, 20' Radsatz
0, 30' Radsatz
0, 40' Radsatz 0.1 , 10.1 ' Sonnenrad
0.2, 10.2' Planetenrad
0.3, 10.3' Planetenradträger
0.4, 10.4' Hohlrad 0.1 , 20.1 ' Sonnenrad
0.2, 20.2' Planetenrad
0.3, 20.3' Planetenradträger
0.4, 20.4' Hohlrad 0.1 , 30.1 ' Sonnenrad
0.2, 30.2' Planetenrad
0.3, 30.3' Planetenradträger
0.4, 30.4' Hohlrad 0.1 , 40.1 ' Hauptrad
0.2, 40.2' Zwischenrad 0.3, 40.3' Zwischenrad
0.4, 40.4' Hohlrad
100 Starrachse
100.1 Starrachse
1 10 Achskörper
i n, ii r Ende
120, 120' Radträger
121 , 121 ' Radachse
130, 130' Elektromotor
131 , 131 ' Motorwelle
140, 140' Untersetzungsgetriebe 140.1 , 140.1‘ Untersetzungsgetriebe 150, 150' weiteres Getriebe 160 Anbindungsstelle
170 Zentrum
15, 15' Motorträger
16, 16' Träger
200 Längsachse
220 Querachse
300 Fahrzeugrad
400 Fahrzeugrahmen
S, S' Schaltelement
A, A' Schaltstellung
B, B' Schaltstellung
C, C‘ Schaltstellung

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotorisch angetriebene Starrachse (100; 100.1 ) für Fahrzeuge,
insbesondere Nutzfahrzeuge, umfassend einen länglichen Achskörper (110), zwei Radträger (120, 120‘) und wenigstens eine Anbindungsstelle (160) zum Befestigen des Achskörpers (110) an einem Fahrzeugrahmen (400), wobei an
gegenüberliegenden längsseitigen Enden (111 , 111‘) des Achskörpers (110) jeweils einer der Radträger (120,120‘) vorgesehen ist, welche gegenüber dem Achskörper (1 10) jeweils um eine Radachse (121 , 121‘) drehbeweglich sind, und umfassend zwei radnahe angeordnete Elektromotoren (130, 130‘), von denen jeweils einer zum Antreiben einer der Radträger (120, 120‘) dient, und ferner umfassend zwei
Untersetzungsgetriebe (140, 140‘; 140.1 , 140.1 '), von denen jeweils eines zwischen einem der Elektromotoren (130, 130‘) und dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120; 120‘) zwischengeschaltet ist, wobei die Untersetzungsgetriebe (140, 140‘;
140.1 , 140.1 ') jeweils eine antriebseitig vorgesehene Eingangswelle (1 ; 1 ') und eine abtriebseitig vorgesehene Ausgangswelle (2; 2‘) aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, dass die Untersetzungsgetriebe (140, 140‘; 140.1 , 140.1 ') jeweils dem Achskörper (110) zugeordnet sind und die Ausgangswelle (2; 2‘) des jeweiligen Untersetzungsgetriebes (140; 140‘; 140.1 ; 140.1 ') mit dem triebmäßig zugeordneten Radträger (120; 120‘) drehfest verbunden ist.
2. Starrachse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (1 ; 1‘) und die Ausgangswelle (2; 2‘) der Untersetzungsgetriebe (140, 140‘; 140.1 ,
140.1 ') jeweils koaxial zueiander und/oder koaxial zu der Radachse (120; 120‘) des jeweils triebmäßig zugeordneten Radträgers (120; 120‘) vorliegen.
3. Starrachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Untersetzungsgetriebe (140, 140‘) jeweils als Planetenradgetriebe ausgebildet sind und wenigstens einen Radsatz (10; 10‘) mit einem Sonnenrad (10.1 ; 10.1‘), wenigstens einem Planetenrad (10.2; 10.2‘), einem Planetenradträger (10.3; 10.3‘) und einem Flohlrad (10.4; 10.4’) umfassen, wobei das Sonnenrad (10.1 ; 10.1‘) mit der Eingangswelle (1 ; 1 ') und der Planetenradträger (10.3; 10.3‘) mit der
Ausgangswelle (2; 2‘) drehfest verbunden sind oder umgekehrt das Sonnenrad (10.1 ; 10.1‘) mit der Ausgangswelle (2; 2‘) und der Planetenradträger (10.3; 10.3‘) mit der Eingangswelle (1 ; 1‘) drehfest verbunden sind und das Hohlrad (10.4; 10.4‘) drehfest angeordnet ist.
4. Starrachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.1 ') jeweils eingerichtet sind, zwischen wenigstens zwei Gangstufen geschaltet zu werden.
5. Starrachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.1 ') jeweils wenigstens zwei Radsätze (20, 30; 20‘, 30‘) und wenigstens ein Schaltelement (S; S‘) umfassen, wobei die wenigstens zwei Radsätze (20, 30; 20‘, 30‘) jeweils einen der wenigstens zwei Gangstufen bilden und das wenigstens eine Schaltelement (S; S‘) eingerichtet ist, in wenigstens zwei Schaltstellungen gebracht zu werden, in welchen die Eingangswelle (1 ; 1 ') und die Ausgangswelle (2; 2‘) miteinander durch jeweils einen der wenigstens zwei Radsätze (20, 30; 20‘, 30‘) triebmäßig gekoppelt sind.
6. Starrachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schaltelement (S; S‘) eingerichtet ist, in eine Neutralstellung gebracht zu werden, in welcher die Eingangswelle (1 ; 1 ') und die Ausgangswelle (2; 2‘) voneinander triebmäßig entkoppelt sind.
7. Starrachse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Untersetzungsgetriebe (140.1 ,140.1 ') jeweils als Planetenradgetriebe ausgebildet sind und die wenigstens zwei Radsätze (20, 30; 20‘, 30‘) einen ersten Radsatz (20; 20‘) und einen zweiten Radsatz (30; 30‘) umfassen, welche jeweils ein Sonnenrad (20.1 ; 20.1‘; 30.1 ; 30.1‘), wenigstens ein Planetenrad (20.2; 20.2‘; 30.2; 30.2‘), einen Planetenradträger (20.3; 20.3‘; 30.3; 30.3‘) und ein Hohlrad (20.4; 20.4‘; 30.4; 30.4‘) aufweisen, wobei das Sonnenrad (20.1 ; 20.1‘; 30.1 ; 30.1‘) der Eingangswelle (1 ; 1‘) und der Planetenradträger (20.3; 20.3‘; 30.3; 30.3‘) der Ausgangswelle (2; 2‘) zugeordnet sind oder umgekehrt das Sonnenrad (20.1 ; 20.1 ; 30.1 ; 30.1 ') der
Ausgangswelle (2; 2‘) und der Planetenradträger (20.3; 20.3‘; 30.3; 30.3‘) der
Eingangswelle (1 ; 1‘) zugeordnet sind und das Hohlrad (20.4; 20.4‘; 30.4; 30.4‘) drehfest angeordnet ist.
8. Starrachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (20.1 ; 20.1‘) des ersten Radsatzes (20; 20‘) mit einer ersten Zwischenwelle (3; 3‘) drehtest verbunden ist und das Sonnenrad (30.1 ; 30.1‘) des zweiten Radsatzes (30; 30‘) mit einer zweiten Zwischenwelle (4; 4‘) drehtest verbunden ist, wobei die zweite
Zwischenwelle (4; 4‘) als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher die erste
Zwischenwelle (3; 3‘) drehbar aufgenommen ist, und das wenigstens eine
Schaltelement (S; S‘) eingerichtet ist, die Eingangswelle (1 ; 1‘) mit der ersten
Zwischenwelle (3; 3‘) oder der zweiten Zwischenwelle (4; 4‘) wahlweise drehfest zu verbinden.
9. Starrachse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
Planetenradträger (20.3; 20.3‘) des ersten Radsatzes (20; 20‘) und der
Planetenradträger (30.3; 30.3‘) des zweiten Radsatzes (30; 30‘) drehfest miteinander und drehfest mit der Ausgangswelle (2; 2‘) verbunden sind.
10. Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens zwei weitere Getriebe (150, 150‘) vorgesehen sind, von denen jeweils ein Getriebe (150; 150‘) zwischen jeweils einem der
Untersetzungsgetriebe (140, 140‘; 140.1 , 140.1 ') und dem triebmäßig zugeordneten Elektromotor (130; 130‘) zwischengeschaltet ist.
1 1 . Starrachse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei weiteren Getriebe (150, 150‘) als Untersetzungsgetriebe ausgebildet sind.
12. Starrachse nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei weiteren Getriebe (150, 150‘) als Versatzgetriebe ausgebildet sind und jeweils eine Antriebswelle (5; 5‘), eine dazu parallel versetzte Abtriebswelle (6;
6‘) und wenigstens einen Radsatz (40; 40‘) umfassen, wobei die jeweilige
Abtriebswelle (5; 5‘) mit der Motorwelle (131 ; 131‘) des zugeordneten Elektromotors (130; 130‘) triebverbunden ist und die jeweilige Abtriebswelle (6; 6‘) mit der
Eingangswelle (1 ; 1 ') des jeweils zugeordneten Untersetzungsgetriebes (140; 140‘; 140.1 ; 140.1 ') wirkverbunden ist.
13. Starrachse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5; 5‘) koaxial zur Motorwelle (131 ; 131‘) und die Abtriebswelle (6; 6‘) koaxial zur Radachse (121 ; 121‘) angeordnet sind.
14. Starrachse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radsatz (40; 40‘) der weiteren Getriebe (150; 150‘) jeweils ein Hauptrad (40.1 ; 40.1‘), wenigstens ein Zwischenrad (40.2, 40.3; 40.2‘, 40.3‘) und ein Hohlrad (40.4; 40.4‘) umfasst, wobei das Hauptrad (40.1 ; 40.1‘) und das wenigstens eine Zwischenrad (40.2, 40.3; 40.2‘, 40.3‘) miteinander und mit einer
Innenverzahnung des Hohlrades (40.4; 40.4‘) kämmen und wobei das Hauptrad (40.1 ; 40.1‘) der Antriebswelle (5; 5‘) und das Hohlrad (40.4; 40.4‘) der Abtriebswelle (6; 6‘) oder umgekehrt das Hauptrad (40.1 ; 40.1 ') der Abtriebswelle (6; 6‘) und das Hohlrad (40.4; 40.4‘) der Antriebswelle (5; 5‘) zugeordnet sind.
15. Starrachse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptrad (40.1 ; 40.1 ') mit der Antriebswelle (5; 5‘) und das Hohlrad (40.4; 40.4‘) mit der Abtriebswelle (6; 6‘) drehtest verbunden sind und das wenigstens eine Zwischenrad (40.2, 40.3; 40.2‘, 40.3‘) auf einer gehäusefesten Drehachse (7, 8; 7‘, 8‘),
beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Lagers, insbesondere Wälzlagers oder Gleitlagers, drehbar gelagert ist.
16. Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (130, 130‘) in dem Achskörper (110) untergebracht sind und in Längsrichtung der Starrachse (100; 100.1 ) gesehen, hintereinanderliegend angeordnet sind.
17. Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Starrachse (100; 100.1 ) ein Zentrum (170) aufweist, welches in Bezug auf den Abstand zwischen den Radträgern (120, 120‘) in einem halbierenden Abstand zu dem jeweiligen Radträger (120; 120‘) liegt, und die
Elektromotoren (130, 130‘) im Bereich des Zentrums vorliegen.
18. Starrachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Untersetzungsgetriebe (140, 140‘; 140.1 , 140.1 ') und/oder die weiteren Getriebe (150, 150‘) innerhalb des Achskörpers (1 10), insbesondere jeweils innerhalb eines den zugehörigen Radträger (120, 120‘) tragenden
Trägerteiles (16; 16‘) des Achskörpers (110) angeordnet sind.
19. Verfahren zum Betreiben einer elektromotorisch angetriebenen Starrachse (100.1 ) nach Anspruch 4, bei dem im Zuge eines Schaltvorganges eines der Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.T) von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet wird und anschließend das andere der Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.T) von einer der wenigstens zwei Gangstufen in eine andere der wenigstens zwei Gangstufen geschaltet wird und dazu der dem jeweiligen Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.T) zugeordnete
Elektromotor (130; 130‘) als Synchronisationshilfe genutzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.T) von einer zueinander gleichen Gangstufe in eine zueinander gleiche Gangstufe geschaltet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Starrachse (100.1 ) nach
Anspruch 7 ausgebildet ist und bei dem Verfahren im Zuge des einen
Schaltvorganges zuerst das eine der Untersetzungsgetriebe (140.1 , 140.1 ') geschaltet wird und anschließend das andere Untersetzungsgetriebe (140.1 ') geschaltet wird, indem jeweils mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130‘) das Drehmoment der Eingangswelle (1 ; T) von einem Sollwert soweit verringert wird, bis das wenigstens eine Schaltelement (S; S‘) lastfrei ist, dann das wenigstens eine Schaltelement (S; S‘) von der einen Gangstufe in eine Neutralstellung geschaltet wird, in welcher die Eingangswelle (1 ; T) und die Ausgangswelle (2; 2‘) voneinander triebmäßig entkoppelt sind, dann mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130‘) die Drehzahl der Eingangswelle (1 ; T) mit der Drehzahl des Sonnenrades (30.1 ;
30. T) der anderen Gangstufe synchronisiert wird, dann das wenigstens eine
Schaltelement (S; S‘) in die andere Gangstufe geschaltet wird und anschließend mittels des zugehörigen Elektromotors (130; 130‘) das Drehmoment der
Eingangswelle (1 ; T) auf den Sollwert oder einen anderen Sollwert gebracht wird.
22. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 21 .
23. Elektronische Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung mit einem
Com puterprogramm produkt nach Anspruch 22.
24. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend eine Starrachse (100; 100.1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 22 und/oder eine elektronischen Steuerungs- und/oder
Regelungsvorrichtung nach Anspruch 23.
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