專利名稱：用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分的用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置。
背景技術：
由DE 4110792C2已知一種用于具有兩個驅動輪的地面運輸工具的可轉向車輪驅動裝置。在兩個驅動輪之間設有一帶兩個錐齒輪副的錐齒輪傳動機構，其相應的輸出軸驅動所述驅動輪。錐齒輪傳動機構由一驅動電機通過一行星齒輪傳動機構驅動，它與裝置的中央旋轉軸平行或同心設置。此外設置一轉向驅動電機，它在齒輪傳動機構殼體外部直接固定在地面運輸工具的底盤上或一不可旋轉地配置在底盤上的附加的頂板上。在操作該轉向驅動電機時，它通過轉向傳動級使車輪傳動機構殼體或傳動機構支承在其旋轉法蘭軸承內旋轉，從而也使車輪傳動機構連同兩個驅動輪繞轉向軸旋轉。這種可轉向的車輪驅動裝置的缺點是，至少轉向驅動電機的側向布置使整個裝置不太緊湊。
此外DE19904552A1指出一種用于地面運輸工具的車輪驅動裝置，其中與一轉動輪的輪轂縱軸同心設置一行駛電機和一由它驅動的行駛傳動機構。這里行駛電機設計成盤形轉子電機。此外車輪驅動裝置具有一帶有轉向電機的電動轉向裝置和一轉向傳動機構，其中轉向電機基本上垂直于一在轉動輪旋轉時通過輪轂、行駛電機和行駛傳動機構的共同縱軸線確定的平面布置。轉向傳動機構例如是搖擺板傳動機構(Wolfrom-Getriebe)。
即使通過所述的車輪輪轂驅動裝置以及將轉向電機和轉向傳動機構集中在總裝置內使得這個車輪驅動裝置非常緊湊，但是其結構特別是由于在車輪輪轂區域內窄的空間條件而是比較復雜的，因此成本高昂。此外注意到，所公布的由行駛電機和行駛傳動機構以及轉向電動和轉向傳動機構組成的組合使得組成一直徑比較大的車輪驅動裝置，這是不利的。

發明內容
基于這樣的背景本發明的目的是，創造一種用于地面運輸工具的結構簡單的電動轉向和行駛驅動裝置，它在可接受的結構高度的條件下具有比已知轉向和車輪驅動裝置小的直徑，并且可以成本比較低廉地制造。
用獨立權利要求的特征來實現這個目的，而本發明優良的改進結構和方案可由從屬權利要求得到。
因此本發明涉及一種用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置，它具有一行駛電機、一行駛傳動機構、一轉向電機和一轉向傳動機構，通過它可驅動至少一個設置在地面運輸工具車輪輪轂上的轉動輪，并可繞一垂直軸線擺動。這里在這種轉向和車輪驅動裝置中特別重要的是，行駛電機、轉向電機和轉向傳動機構相互同心設置。由此在結構高度可以接受的條件下得到特別是徑向非常緊湊的結構，以及通過提高的集成度，例如通過殼體組成部分的雙重利用，產生比較小的制造費用。
其中本發明一種特別優選的實施形式設想，行駛電機、轉向電機和轉向傳動機構軸向按這個順序依次設置，而做成圓錐齒輪傳動機構的行駛傳動機構與一由轉向電機通過轉向傳動機構驅動的旋轉法蘭連接并沿軸向設置在轉向傳動機構后面。
在上述結構原理的一種結構改進方案中設想，行駛電機軸做成實心軸，轉向電機軸做成空心軸，行駛電機軸同心地穿過轉向電機軸。
此外設想，行駛電機軸在其遠離行駛電機的末端上攜帶一圓柱齒輪，它與一在設計成錐齒輪傳動機構的行駛傳動機構的輸入軸上的圓柱齒輪嚙合。這個行駛傳動機構的輸出軸與所述至少一個轉動輪的車輪輪轂連接。
在本發明另一種結構中轉向傳動機構設計成多級行星傳動機構或設計成搖擺板傳動機構，其中后者由于其軸向長度小在高轉速比時具有與此相關的優點。
此外本發明涉及轉向電機和轉向傳動機構之間以及轉向傳動機構和行駛傳動機構或與后者連接的至少一個轉動輪的擺動驅動裝置之間的傳動連接。在這種情況下設想，轉向電機軸設計成第一太陽輪，其外齒與轉向傳動機構的行星輪的齒嚙合。
在利用多級行星齒輪傳動機構作為轉向傳動機構時優選考慮，第一行星輪級的行星輪與所述的第一太陽輪嚙合并可旋轉地支承在第一行星輪架上，第一行星輪架與一第二太陽輪不可旋轉地連接。此外第二行星輪級的可旋轉地支承在該第二行星輪架上的行星輪與第二太陽輪的外齒嚙合，其中第一和第二行星輪級的行星輪與一固定不動的內齒輪或兩個固定不動的內齒輪嚙合。此外設想，第二行星輪架與一第三太陽輪不可旋轉地連接，使得第三太陽輪與一第三行星輪級的行星輪嚙合，第三行星輪級的行星輪可旋轉地支承在一第三行星輪架上，它與內齒輪不可旋轉地連接，并且第三行星輪系的行星輪與一旋轉法蘭軸承的軸承內環的內齒嚙合，旋轉法蘭軸承與旋轉法蘭或直接與行駛傳動機構的殼體不可旋轉地連接。
本發明另一個細節的特征是，旋轉法蘭軸承的軸承外環與地面運輸工具的車架不可旋轉地連接。
此外可以設想，轉向電機的殼體通過固定元件軸向固定在軸承外環上。此外通過這樣的方法有利于這個轉向和車輪驅動裝置結構的緊湊性，即在轉向電機殼體外壁和軸承外環之間軸向依次設置所述的內齒輪和第三行星輪架的徑向外端。用這種方法可以通過所述固定元件使轉向電機殼體這樣地相對于旋轉法蘭軸承的軸承外環固定，使同時也起轉向傳動機構殼體作用的內齒輪及第三行星輪架軸向相互連接。
但是也可以與此不同地設想，通過單獨的固定元件將轉向傳動機構殼體不可旋轉地固定在旋轉法蘭軸承的軸承外環上。
本發明一種優選方案通過這樣的方法給定，即在轉向和車輪驅動裝置的遠離行駛傳動機構的末端上設置一對行駛電機軸起作用的制動器。該制動器最好設計成可電動操作的制動器，而對于轉向電機將它設計成盤狀轉子電機是有意義的。
此外可以設想，將行駛電機的殼體固定在轉向電機的殼體上，或者兩個機組利用一個共同的殼體，這個殼體和/或各個殼體例如做成板式結構。
此外如果轉向傳動機構殼體、旋轉法蘭軸承的軸承外環或旋轉法蘭具有一用來安裝一轉角傳感器的孔是有利的，借助于轉角傳感器可測量轉動輪繞其轉向軸的轉動角并將它傳送給控制器。
關于轉向角的測量以用在配設于轉向和車輪驅動裝置的控制器中，可以在轉向電機的轉子上、旋轉法蘭軸承固定不動的軸承外環上和/或旋轉法蘭上設置一信號發生器如磁鐵，它們與所述的轉角傳感器共同作用，以測出轉角。
按照本發明的另一個方面設想，在轉向傳動機構殼體上以及轉向電機殼體上分別形成一徑向指向外部的凸緣，尤其是環形凸緣，固定螺釘穿過其相應的軸向孔，以將凸緣固定在軸承外環上。
這樣做成具有個別或所述所有特征的高集成的轉向和車輪驅動裝置作為另一些優點具有一特別是在負荷變化時減小的噪聲發射量，并且少維護或不需要維護，因為轉向傳動機構可裝灌永久潤滑劑，轉向電機也可以通過采用標準型或盤形轉子結構的無刷直流或交流電機而做得不需要維護。
此外為了降低成本建議，將行星輪架做成開式或閉式結構形式的板式結構。


為了說明本發明，說明書附帶有附圖，附圖中表示轉向和車輪驅動裝置的三種實施形式。附圖中表示圖1用于地面運輸工具的電動轉向和車輪驅動裝置的局部剖開的側視圖，以及圖2和圖1一樣的視圖，但是關系到本發明的另兩個實施例。
具體實施例方式
按照圖1，按本發明構成的用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置作為主要部件首先包括一行駛電機2，通過其行駛電機軸3用還待說明的方法經由一行駛傳動機構21驅動一轉動輪23。為了控制地面運輸工具1轉動輪23和行駛傳動機構21一起可繞一垂直軸線V擺動。為了進行這個擺動運動，轉向和車輪驅動裝置1具有一轉向電機4，它在輸出端配設有一轉向傳動機構5，以使轉向電機轉速減速。這個轉向傳動機構5的輸出作用在一旋轉法蘭27上，它和行駛傳動機構21的殼體51不可旋轉地連接。在按本發明構成的轉向和車輪驅動裝置1中特別重要的是，行駛電機2、轉向電機4和轉向傳動機構5相互同心設置。
具體來說該轉向和車輪驅動裝置1現在制造成這樣，使得行駛電機軸3做成實心軸并穿過做成空心軸的轉向電機軸9。在行駛電機軸3上在其遠離行駛電機的一端處固定一圓柱齒輪19，它與一裝在行駛傳動機構21的未畫出的傳動機構輸入軸上的圓柱齒輪20嚙合。在該行駛傳動機構內，驅動扭矩以公知的方式通過錐齒輪傳動機構傳遞到傳動機構輸出軸上，輸出軸與車輪輪轂22不可旋轉地連接。轉動輪23借助于螺釘固定在該車輪輪轂22上。
此外在行駛電機2上方與垂直軸線V同心地在行駛電機殼體上固定一制動器42，它在必要時作用在行駛電機軸3上，并尤其是用彈簧力操縱和電動脫開(gelüftet)。
這里轉向電機4設計成盤狀轉子電機，并具有一定子6和一轉子7，它們安裝在轉向電機殼體8、8′內。這里定子6通過未詳細表示的固定元件與轉向電機殼體8、8′連接，而轉子7固定在已經敘述過的轉向電機軸9上。
如圖1中垂直軸線V左邊所示，行駛電機2的殼體可借助于固定螺釘28固定在轉向電機殼體8上，而圖紙的右半邊可以看到與此不同的結構形式，其中轉向電機4和行駛電機工具有一共同的殼體8′。
此外圖1表示，轉向電機4的遠離行駛電機的一側被一蓋子47遮蓋，它軸向夾緊在轉向電機3的殼體8、8′和一也用作殼體件的內齒輪16之間。
轉向電機軸9通過滾動軸承30、31可旋轉地支承在用作軸承蓋的蓋子47上和轉向和/或行駛電機的殼體8、8′上，以及通過密封件密封。該轉向電機軸在一按傳動技術設置在轉向電機4后面的多級行星齒輪傳動機構5中用作第一太陽輪。這里此第一太陽輪的外齒與第一級行星輪級的行星輪10的齒嚙合，第一級行星輪級可旋轉地支承在第一行星輪架上。此第一行星輪架11與一第二太陽輪13不可旋轉地連接，它朝圓柱齒輪19方向軸向鄰接第一太陽輪9(轉向電機軸9)。
該第二太陽輪13的外齒與第二行星輪級的行星輪12嚙合，它可旋轉地支承在第二行星輪架14上。這里第一和第二行星輪級的行星輪10、12與固定不動的內齒輪16嚙合。
第二行星輪架14與一第三太陽輪15不可旋轉地連接，它與第三行星輪級的行星輪17嚙合。第三行星輪級的該行星輪17可旋轉地支承在一與所述內齒輪16不可旋轉地連接的第三行星輪架18上。
最后第三行星輪系的行星輪18起驅動作用地與旋轉法蘭軸承24的軸承內環25的內齒嚙合，旋轉法蘭軸承通過固定螺釘44與旋轉法蘭27不可旋轉地連接。該旋轉法蘭軸承24包括一外環50及包圍在這兩個環25、50之間的滾動體29。
在圖1中還可以看到，尤其是行駛傳動機構殼體51也通過固定螺釘46與旋轉法蘭27不可旋轉地連接。此外該視圖還表示，行駛電機軸3在圓柱齒輪19上方通過滾動軸承48旋轉地支承在旋轉法蘭27內，并且在其下方通過滾動軸承49旋轉地支承在行駛傳動機構殼體51內。
旋轉法蘭軸承24的外環50可與這里未畫出的地面運輸工具底盤固定連接一為此在該外環50上設置一帶有螺紋的孔26，一連接這兩個零件的固定螺釘可擰入此孔內。
最后圖1表示，在轉向電機4的殼體8上設置一徑向指向外部的凸緣52，它也可以做成一塊或多塊連接板，一固定螺釘37穿過其軸向孔。該固定螺釘37的螺紋段擰入旋轉法蘭軸承24外環50上的螺紋內，使得轉向電機殼體8′連同用作殼體部分的內齒輪16和第三行星輪架18及蓋子17軸向固定在軸承外環50上，從而也固定在地面運輸工具的底盤上。
在圖2中所示的按本發明設計的轉向和車輪驅動裝置53、54的另兩種方案的結構與圖1中所示的轉向和車輪驅動裝置1的區別在于，這里轉向傳動機構不是設計成多級行星齒輪傳動機構而是設計成搖擺板傳動機構32，32′。
在這兩種實施形式時轉向電機軸55也用作太陽輪并因此帶有外齒，它與行星輪33或35的齒嚙合。在垂直軸線V右面旁邊所示的第二種結構方案中行星輪33旋轉支承在行星輪架34上，此外與一在轉向傳動機構殼體43的徑向朝內的部分上的內齒嚙合。此外行星輪33與由圖1所知的旋轉法蘭軸承24的內環25的內齒嚙合，使得旋轉法蘭27可由轉向電機4繞垂直軸線V旋轉。
其中內齒輪36固定在轉向傳動機構殼體43的徑向朝內伸出的部分上或與它成一體，轉向傳動機構殼體本身借助于固定螺釘45固定在旋轉法蘭軸承24的外環50上。
如圖2垂直軸線V右邊所示，在這種情況下如果固定螺釘45穿過轉向傳動機構殼體8的凸緣52上的安裝孔以及轉向傳動機構殼體43的凸緣58上的孔是有利的，使得用這種方法使兩個上部的驅動機組2、4與轉向傳動機構殼體43同心，并固定在旋轉法蘭軸承24的軸承外環50上。
在垂直軸線V左面所示的第三種方案中，搖擺板傳動機構32′的行星輪35具有不同于上述行星輪33的幾何形狀。其中特別引人注目的是，它沒有用來安裝行星輪架的旋轉軸的孔，而是具有在行星輪架33上形成的旋轉軸。它們嵌入一這里只能示意地看到的行星輪架的安裝孔內。
此外在圖2中可以看到，軸向做得非常短的轉向傳動機構32′具有一內齒輪36，行星輪35與它嚙合。此內齒輪36與轉向傳動機構殼體43的徑向朝內的部分不可旋轉地連接或做成一體。轉向傳動機構殼體43本身在中間連接轉向電機4的蓋子或軸承蓋47的情況下軸向夾緊在其殼體8和旋轉法蘭軸承24的外環50之間。
最后圖2表示，在轉向和車輪驅動裝置32、32′內可有利地裝入傳感器38、40，用它們可以確定旋轉法蘭27相對于位于它上面的驅動機組的旋轉。
在轉向和車輪驅動裝置32的第二種方案的情況下，該轉角傳感器40裝入行駛和轉向電機的共同殼體8′的徑向朝內的并用作軸承蓋的部分57的一安裝孔41內，并測量轉向電機4轉子7所述的旋轉運動。
在轉向和車輪驅動裝置32′的第三種方案(垂直軸線V左邊所示)中，這種傳感器38裝入旋轉法蘭軸承24外環50上的一安裝孔39內。在這種情況下測出外環50和旋轉法蘭27之間的旋轉，并傳輸給一這里未畫出的控制器。
圖形標記表1轉向和車輪驅動裝置28固定螺釘2行駛電機 29滾動體3行駛電機軸30滾動軸承4轉向電機 31滾動軸承5轉向傳動機構 32搖擺板轉向傳動機構(方案2)6轉向電機的定子32′搖擺板轉向傳動機構(方案3)7轉向電機的轉子33搖擺板轉向傳動機構的行星輪8轉向電機的殼體(方案2)9轉向電機軸，第一太陽輪34搖擺板轉向傳動機構的行星輪10第一行星輪級的行星輪 架11第一行星輪架 35搖擺板轉向傳動機構的行星輪12第二行星輪級的行星輪 (方案3)13第二太陽輪 36搖擺板轉向傳動機構的內齒輪14第二行星輪架 37固定螺釘15第三太陽輪 38轉角傳感器16內齒輪 39旋轉法蘭軸承外環上的安裝孔17第三行星輪級的行星輪 40轉角傳感器18第三行星輪架 41殼體部分57上的安裝孔19圓柱齒輪 42制動器20圓柱齒輪 43搖擺板傳動機構的殼體(方案21行駛傳動機構 2)22車輪輪轂 44固定螺釘23轉動輪 45固定螺釘24旋轉法蘭軸承 46固定螺釘25帶內輪齒的軸承內 47轉向傳動機構蓋26孔 48滾動軸承27旋轉法蘭 49滾動軸承
50旋轉法蘭軸承的外環機軸51行駛傳動機構殼體 57殼體8′上的殼體部分52殼體8上的凸緣 58轉向傳動機構殼體43上的連53轉向和車輪驅動裝置接板或凸緣54轉向和車輪驅動裝置V垂直軸線55用于搖擺板傳動機構的轉向電
權利要求
1.用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置(1，53，54)，具有一行駛電機(2)、一行駛傳動機構(21)、一轉向電機(4)和一轉向傳動機構(5，32，32′)，至少一個安裝在車輪輪轂(22)上的轉動輪(23)可通過它驅動并可繞一垂直軸線(V)擺動，其特征為行駛電機(2)、轉向電機(4)和轉向傳動機構(5，32，32′)相互同心設置。
2.按權利要求1的轉向和車輪驅動裝置，其特征為行駛電機(2)、轉向電機(4)和轉向傳動機構(5，32，32′)按這個順序軸向依次設置。
3.按權利要求1或2的轉向和車輪驅動裝置，其特征為行駛電機軸(3)設計成實心軸，轉向電機軸(9，55)設計成空心軸。
4.按權利要求3的轉向和車輪驅動裝置，其特征為行駛電機軸(3)同心地穿過轉向電機軸(9，55)。
5.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為行駛電機軸(3)在其遠離行駛電機(2)的末端上帶有一圓柱齒輪(19)，它與行駛傳動機構(21)輸入軸上的一圓柱齒輪(20)嚙合。
6.按權利要求5的轉向和車輪驅動裝置，其特征為圓柱齒輪(20)固定在做成錐齒輪傳動機構的行駛傳動機構(21)的輸入軸上，行駛傳動機構的輸出軸與所述至少一個轉動輪(23)的輪轂(22)連接。
7.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向傳動機構(5)設計成多級行星齒輪傳動機構或搖擺板傳動機構(32，32′)。
8.按權利要求7的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向電機軸設計成第一太陽輪(9，55)，其外齒與轉向傳動機構(5，32，32′)的行星輪(10，33，35)的齒嚙合。
9.按權利要求7或8的轉向和車輪驅動裝置，其特征為第一行星輪級的行星輪(10)與第一太陽輪(9)嚙合并可旋轉地支承在第一行星輪架(11)上，第一行星輪架與第二太陽輪(13)不可旋轉地連接；第二行星輪級的可旋轉地支承在第二行星輪架(14)上的行星輪(12)與第二太陽輪(13)的外齒嚙合；第一和第二行星輪級的行星輪(11，12)與一固定不動的內齒輪(16)嚙合；第二行星輪架(14)與一第三太陽輪(15)不可旋轉地連接；第三太陽輪(15)與第三行星輪級的行星輪(17)嚙合；第三行星輪級的行星輪(17)可旋轉地支承在一與內齒輪(16)不可旋轉地連接的第三行星輪架(18)上；第三行星輪級的行星輪(17)與一旋轉法蘭軸承(24)的軸承內環(25)的內齒嚙合，該軸承內環與旋轉法蘭(27)或直接與行駛傳動機構(21)的殼體(51)不可旋轉地連接。
10.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為旋轉蘭法軸承(24)的軸承外環(50)與地面運輸工具的車架不可旋轉地連接。
11.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向電機(4)的殼體(8，8′)通過固定元件(37)與軸承外環(50)軸向連接。
12.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為內齒輪(16)以及第三行星輪架(18)的徑向外端設置在轉向電機殼體(8，8′)的外壁和軸承外環(50)之間。
13.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向傳動機構殼體(內齒輪16)通過單獨的固定元件與旋轉法蘭軸承(24)的軸承外環(50)不可旋轉地連接。
14.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為在轉向和車輪驅動裝置的遠離行駛傳動機構的末端上設置一個對行駛電機軸(3)起作用的制動器(42)。
15.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向電機(4)設計成盤狀轉子電機。
16.按權利要求15的轉向和車輪驅動裝置，其特征為行駛電機(2)的殼體固定在轉向電機(4)的殼體(8)上，或兩個機組(2，4)利用共同的殼體(8′)。
17.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為轉向電機殼體(8′)具有一用來安裝轉角傳感器(40)的安裝孔(41)。
18.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為旋轉法蘭軸承(24)的軸承外環(50)或旋轉法蘭(27)具有一用來安裝轉角傳感器(38)的安裝孔(39)。
19.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為在轉向電機(4)的轉子上，在旋轉法蘭軸承(24)的固定不動的軸承外環(50)上和/或在旋轉法蘭(27)上設置信號發生器，它與所述轉角傳感器共同作用，以識別轉角。
20.按上述權利要求之任一項的轉向和車輪驅動裝置，其特征為在轉向傳動機構(32，32′)的殼體(43)上以及轉向電機殼體(8，8′)上分別形成一徑向指向外部的凸緣(52)或連接板(58)，固定螺釘(45)穿過它的相應的軸向孔，以將它固定在軸承外環(50)上。
全文摘要
本發明涉及一種用于地面運輸工具的轉向和車輪驅動裝置(1，53，54)，具有一行駛電機(2)、一行駛傳動機構(21)、一轉向電機(4)和一轉向傳動機構(5，32，32′)，至少一個裝在車輪輪轂(22)上的轉動輪(23)可通過它驅動并可垂直于垂直軸線(V)擺動。為了實現緊湊的結構以及低的制造成本，在這種轉向和車輪驅動裝置中設想，行駛電機(2)、轉向電機(4)和轉向傳動機構(5，32，32′)相互同心設置。
文檔編號B60K17/14GK1918017SQ200580004654
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月19日 優先權日2004年2月11日
發明者S·沙爾芬貝格, P·施特賴帕爾特 申請人:腓特烈斯港齒輪工廠股份公司