Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für den Antrieb eines Rades eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsstrang, der einen elektrischen Antriebsmotor und ein Getriebe aufweist.

Unter einem Radnabenantrieb wird im Allgemeinen ein Antrieb verstanden, der im eingebauten Zustand die Radnabe des entsprechenden Rades trägt. Dieser Antrieb weist heutzutage in der Regel einen Elektromotor als Antriebsmotor auf.

Aus der Druckschrift DE 10 201 1 01 1 010 A1 ist ein Radnabenantrieb mit einem Antriebsstrang bekannt, der einen elektrischen Antriebsmotor und ein Getriebe aufweist. Weiterhin ist aus dieser Druckschrift auch ein entsprechendes Rad mit einem solchen Antrieb bekannt. Der Antriebsmotor ist auf der Drehachse größtenteils axial außerhalb der Felge des Rades angeordnet, das Getriebe axial zwischen dem Antriebsmotor und einem felgenseitigen Radlagerabschnitt des Rades. Ein derartiger Radnabenantrieb kann aufgrund des zwischengeschalteten Getriebes auch mit einem kleineren Antriebsmotor relativ drehmomentstark sein, ist dann jedoch nicht für hohe Endgeschwindigkeiten ausgelegt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Radnabenantrieb mit einem Getriebe bereit zu stellen, der drehmomentstark ist und eine hohe Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Bei dem erfindungsgemäßen Radnabenantrieb ist vorgesehen, dass das das Getriebe als manuell oder automatisch schaltbares Getriebe zur Drehmomentwandlung mit mindestens zwei Gängen ausgebildet ist. Durch ein Getriebe mit mehreren Gängen ist der Radnabenantrieb einerseits beim Anfahren sehr Drehmomentstark, andererseits kann durch Gangwechsel eine höhere Endgeschwindigkeit erreicht werden, als bei einem Getriebe mit fester Übersetzung.

Das Getriebe ist ein manuell schaltbares Getriebe mit mehreren Schaltstufen (Gängen) oder ein Automatikgetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen. Ein Automatikgetriebe, auch automatisiertes Schaltgetriebe oder automatisches Schaltgetriebe genannt, ist ein Schaltgetriebe, das um automatisierte Schaltkomponenten erweitert ist. Der grundsätzliche Unterschied zu einem Schaltgetriebe (einem manuell schaltbaren Getriebe) besteht darin, dass der Gangwechsel nicht vom Fahrer des Fahrzeugs veranlasst beziehungsweise durchgeführt wird, sondern automatisiert durch Aktuatoren. Das Getriebe (egal ob manuell zu betätigendes Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe) weist insbesondere genau zwei Schaltstufen oder genau zwei Übersetzungsstufen auf. Ein Getriebe mit veränderbarer Übersetzung, das nur zwei Schalt- oder Übersetzungsstufen (zwei Gänge) aufweist, kann verhältnismäßig klein sein und ermöglicht eine höhere Steigfähigkeit des entsprechenden Fahrzeugs, eine höhere Beschleunigung beim Anfahren und eine passable Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Auf der anderen Seite kann ein solches zweigängiges Getriebe verhältnismäßig einfach aufgebaut sein.

Insbesondere ist das Getriebe als Lastschaltgetriebe ausgebildet. Ein Lastschaltgetriebe ist eine spezielle Form des Getriebes, bei dem die Übersetzung unter Last, also während der Fahrt, ohne Unterbrechung des Drehmoments geändert werden kann. Dadurch können auch während des Schaltvorganges Vortriebskräfte übertragen werden, das Fahrzeug kann auch während des Schaltvorganges weiterbeschleunigen, es ergeben sich deshalb beim Schaltvorgang keine Komforteinbußen. Beim Schalten eines Ganges wird ein Schaltelement des alten Ganges geöffnet und gleichzeitig ein anderes Schaltelement des neuen Ganges geschlossen. Die einfachste Variante eines solchen Lastschaltgetriebes ist ein Zweigang-Lastschaltgetriebe. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass das Lastschaltgetriebe eine schaltbare Zahnradgetriebeeinrichtung sowie ein Kupplungssystem aufweist. Dabei ist insbesondere Vorgesehen, dass die schaltbare Zahnradgetriebeeinrichtung ein Planetengetriebe mit einem schaltbaren Planetensatz aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kupplungssystem eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung und einen Freilauf (eine Überholkupplung) auf. Die erste und die zweite Kupplung sind schaltbare Kupplungen. Der Freilauf ist eine Vorrichtung, die einen Teil eines Antriebsstranges von der Drehbewegung entkoppelt (Schubabschaltung), wenn sich die Lastverhältnisse ändern. Durch den im Kupplungssystem eingesetzten Freilauf ist eine Zugunterbrechung beim Schalten, also bei einem Gangwechsel, reduzierbar oder sogar komplett vermeidbar. Der Freilauf ist beispielsweise als Sperrklinken-Freilauf, als Klemmrollen-Freilauf, als Klemmkörper-Freilauf, etc. ausgebildet.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Lastschaltgetriebe zu seinem Schalten ein mittels eines Aktuators verlagerbares Schaltelement auf. Das Schaltelement ist insbesondere eine verschiebbare Schiebemuffe. Die Schiebemuffe wird von dem Aktuator beispielsweise mittels eines wippenartig gelagerten Hebels verlagert, wobei diese Verlagerung ein Verschieben ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltelement in einer ersten Schaltstellung die erste Kupplung schließt, wobei die zweite Kupplung geöffnet ist und der Freilauf überbrückt ist und dass das Schaltelement in einer zweiten Schaltstellung die zweite Kupplung schließt, wobei die erste Kupplung geöffnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Lastschaltgetriebe derart eingerichtet, dass das Schaltelement beim Übergang von der ersten zur zweiten Schaltstellung zunächst die erste Kupplung öffnet und die Drehmomentübertragung über den Freilauf erfolgt bevor das Schaltelement die zweite Kupplung schließt. Bei einem derartigen Lastschaltgetriebe wird die Zugunterbrechung durch den Freilauf deutlich reduziert.

Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die erste Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet ist und/oder die zweite Kupplung als Lamellenkupplung ausgebildet ist. Bei der Kombination mit einer Klauenkupplung und einer Lamellenkupplung kann das Schaltelement direkt genutzt werden, um die Klauenkupplung in der einen Schaltstellung zu schließen und um in der anderen Schaltstellung gegen eine Druckplatte der Lamellenkupplung zu drücken und diese zu schließen. Generell kann der elektrische Antriebsmotor eines Radnabenantriebs als Innenläufer oder als Außenläufer ausgebildet sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Antriebsmotor jedoch als Innläufer ausgebildet, bei dem der Läufer (Rotor) radial innerhalb des Ständers (Stators) angeordnet ist. Das Getriebe schließt sich dann bevorzugt axial an den Läufer an.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Rad für ein Kraftfahrzeug mit einem Reifen, einer den Reifen tragenden Felge und einem vorstehend genannten Radnabenantrieb.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht durch ein Rad, das einen Radnabenantrieb mit einem integrierten Zweigang-Lastschaltgetriebe aufweist, Fig. 2: eine Schnittansicht durch das Rad der Fig. 1 , wobei der

Momentübertragungspfad bei einer ersten Schaltstellung des Lastschaltgetriebes gezeigt ist,

Fig. 3: eine Schnittansicht durch das Rad der Fig. 1 , wobei der

Momentübertragungspfad beim Übergang von der ersten Schaltstellung zu einer zweiten Schaltstellung des Lastschaltgetriebes gezeigt ist und Fig. 4: eine Schnittansicht durch das Rad der Fig. 1 , wobei der Momentübertragungspfad bei der zweiten Schaltstellung des Lastschaltgetriebes gezeigt ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Rad 10 eines Kraftfahrzeugs mit einem Radnabenantrieb 12. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein zweispuriges Kraftfahrzeug wie ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein einspuriges Fahrzeug (ein Zweirad) wie ein S-Pedelec, ein Elektroscooter, ein Elektromotorrad oder ein ähnliches Fahrzeug sein. Der Radnabenantrieb 12 umfasst einem elektrischen Antriebsmotor 14 (Traktionsmotor), ein dem Antriebsmotor 14 im Antriebsstrang nachgeschaltetes mehrgängiges Getriebe 16 und ein den Antriebsmotor 14 und das Getriebe 16 einhausendes Gehäuse 18. Der Antriebsmotor 14 ist eine motorisch und generatorisch nutzbare elektrische Maschine (Motorgenerator). Das Rad 10 weist neben dem Antrieb 12 einen Reifen 20 und eine den Reifen tragende Felge 22 auf. Der elektrische Antriebsmotor 14 weist einen außenliegenden Ständer (Stator) 24 und einen koaxial zum Ständer 24 angeordneten innenliegenden Läufer (Rotor) 26 auf, ist also als ein Innenläufer ausgebildet.

Das Getriebe 16 ist als ein Lastschaltgetriebe 28 ausgebildet und weist eine Zahnradgetriebeeinrichtung 30, genauer gesagt ein Planetengetriebe mit einem schaltbaren Planetensatz 32, sowie ein Kupplungssystem 34 auf. Das in den Figuren gezeigte Lastschaltgetriebe 28 ist dabei ein Zweigang- Lastschaltgetriebe. Das Kupplungssystem 34 des Lastschaltgetriebes 28 umfasst mehrere Kupplungen 36, 38, 40. Die erste Kupplung 36 und die zweite Kupplung 38 sind als schaltbare Kupplungen ausgebildet, während die weitere Kupplung 40 als Freilauf (oder Überholkupplung) 42 ausgebildet ist. Im konkret gezeigten Beispiel ist die erste Kupplung 36 eine schaltbare Klauenkupplung und die zweite Kupplung 38 eine schaltbare Lamellenkupplung.

Während das schaltbare Planetengetriebe mit seinem Sonnenrad 44, seinem Hohlrad 46 und den auf einem Planetenträger montierten Planetenrädern 48 (von denen nur eines dargestellt ist) des Planetensatzes 32 in den Figuren nur schematisch angedeutet sind, wird die Ansteuerung der schaltbaren Kupplungen 36, 38 und die resultierenden Pfade der Drehmomentübertragung in den Figuren 2 bis 4 explizit dargestellt. Zum Umschalten zwischen den beiden Gängen des Getriebes 16 weist dieses ein mittels eines Aktuators 50 verlagerbares Schaltelement 52 auf. Dieses Schaltelement 52 ist als eine verschiebbare Schiebemuffe 54 ausgebildet. Die Schiebemuffe 54 wird über einen wippenartig gelagerten Hebel 56 vom Aktuator 50 hin- und hergeschoben. Das Sonnenrad 44 des Planetensatzes 32 ist drehfest mit dem Läufer 26 verbunden. Es treibt im ersten Gang des Lastschaltgetriebes 28 über die Planetenräder 48 und den Planetenträger die von dem Schaltelement 52 geschlossene erste Kupplung 36 an. Der Abtrieb der ersten Kupplung 36 ist drehfest mit einem Kupplungsgehäuse der zweiten Kupplung 38 verbunden, welches seinerseits drehfest mit der Radnabe 58 verbunden ist. Dieses Kupplungsgehäuse ist bei einer als Lamellenkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung 38 der Lamellenträger.

Fig. 2 zeigt den entsprechenden Drehmomentübertragungspfad (Pfeil 60) bei eingelegtem ersten Gang. Die mittels Aktuator 50 nach ganz links verschobene Schiebemuffe 54 schließt die Verzahnungen der Klauenkupplung. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei rein formschlüssig. Der Freilauf 42 ist überbrückt. In diesem Zustand des Radnabenantriebs 12 ist sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsfahrt sowie die Rekuperation möglich. Die Fig. 3 zeigt die Situation beim Gangwechsel vom ersten in den zweiten Gang. Beim Gangwechsel werden zunächst die Verzahnungen der Klauenkupplung durch ein Verschieben der Schiebemuffe 54 (in der Figur von links nach rechts) voneinander gelöst. Allgemeiner gesprochen wird die erste Kupplung 36 durch das Verlagern des Schaltelements 52 geöffnet.

Die Drehmomentübertragung erfolgt nun vom Planetenträger der Planetenräder 48 über den Freilauf 42 reibschlüssig zum Kupplungsgehäuse der zweiten Kupplung 38, bei der Lamellenkupplung also zum äußeren Lamellenträger. Es ergibt sich der in Fig. 3 gezeigte Drehmomentübertragungspfad (Pfeil 62). In diesem Zustand ist nur ein Zugbetrieb des Radnabenantriebs 12 möglich. In den anderen Betriebszuständen wird der Freilauf 42 überholt. Ist der Gangwechsel vom ersten zum zweiten Gang vollzogen, so ergibt sich die in Fig. 4 gezeigte Situation. Das Schaltelement 52, genauer gesagt die Schiebemuffe 54, drückt eine Druckplatte 64 der zweiten Kupplung 38 (der Lamellenkupplung) und schließt diese. In diesem Zustand wird das Drehmoment direkt vom Läufer 26 über die geschlossene zweiten Kupplung 38 auf die Nabe 58 und die Felge 22 übertragen. Bei der als Lamellenkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung 38 über den inneren und den äußeren Lamellenträger sowie die mittel der Druckplatte zusammengepressten Lamellen. Es ergibt sich der in Fig. 4 gezeigte Drehmomentübertragungspfad (Pfeil 66).

Weil die zweite Kupplung 38 schneller rotiert als der Planetenträger der Planetenräder 48 (des Planetensatzes 32) befindet sich der Freilauf 42 im Überholbetrieb. Der Antriebsmotor 14 ist direkt mit der Nabe 58 und der Felge 22 des angetriebenen Rads verbunden , was einem Direktantrieb entspricht.

Eines der entscheidenden Merkmale des Lastschaltgetriebes 28 besteht darin, dass durch den im Kupplungssystem 34 eingesetzten Freilauf 42 eine Zugkraftunterbrechung deutlich reduziert bzw. sogar komplett vermieden werden kann. Die Lastschaltung erfolgt dabei nur mit Hilfe eines Aktuatormotors des Aktuators 50.

Bezugszeichenliste

10 Rad

12 Radnabenantrieb

14 Antriebsmotor

16 Getriebe

18 Gehäuse

20 Reifen

22 Felge

24 Ständer (Stator)

26 Läufer (Rotor)

28 Lastschaltgetriebe

30 Zahnradgetriebeeinrichtung

32 Planetensatz

34 Kupplungssystem

36 Kupplung, erste

38 Kupplung, zweite

40 Kupplung, weitere

42 Freilauf

44 Sonnenrad

46 Hohlrad

48 Planetenrad

50 Aktuator

52 Schaltelement

54 Schiebern uffe

56 Hebel

58 Radnabe

60 Pfeil

62 Pfeil

64 Druckplatte

66 Pfeil