DE102010023982A1

DE102010023982A1 - Achse für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102010023982A1
Application number: DE201010023982
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Tattermusch; Carsten Dipl.-Ing. Beuermann; Matthias Notz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Achse (10) für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer zumindest zwei miteinander zusammenwirkenden Übertragungselementen (46, 48, 52, 54) umfassenden Getriebeeinrichtung (36), mit zumindest einer elektrischen Maschine (40), und mit einer Radaufhängung (11), welche zumindest eine von der elektrischen Maschine (40) über die Getriebeeinrichtung (36) antreibbare Radnabe (34) und ein Lenkerelement (12, 14) zur Führung eines Rads (16) des Fahrzeugs umfasst, wobei die Radaufhängung (11) zumindest einen mit dem Lenkerelement (12, 14) verbundenes Radnabenträgerelement (26), insbesondere einen Achsschenkel (26), umfasst, welches zumindest bereichsweise einen Aufnahmeraum (56) aufweist, in welchem zumindest eines der Übertragungselemente (46, 48, 50, 52) bereichsweise aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Achse für ein Fahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Eine solche Achse ist aus der DE 10 2007 039 058 A1 bekannt. Diese offenbart eine angetriebene Fahrzeugachse mit Doppelquerlenker-Radaufhängung oder mit Mehrlenker-Radaufhängung, wobei für jedes Rad ein Elektromotor vorgesehen ist, welcher einen Teil der Radaufhängung bildet. Für den Fall einer Mehrlenker-Radaufhängung ist der Elektromotor in einen als Hohlzylinder ausgebildeten, mittigen Querlenker integriert. Dabei ist eine erforderliche Übersetzung durch einen antriebseitig mit dem Elektromotor und abtriebseitig mit dem Rad verbundenen Planetensatz vorgesehen.
Diese Fahrzeugachse birgt den Nachteil, dass der Querlenker einen hohen Bauraumbedarf aufweist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Achse der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche günstige Bauraumverhältnisse aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Achse für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Achse für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, umfasst eine, zumindest zwei miteinander zusammenwirkende Übertragungselemente umfassende Getriebeeinrichtung, zumindest eine elektrische Maschine sowie eine Radaufhängung, welche zumindest eine von der elektrischen Maschine über die Getriebeeinrichtung antreibbare Radnabe und ein Lenkerelement zur Führung eines Rades des Fahrzeugs umfasst. Die Radaufhängung umfasst dabei zumindest ein mit dem Lenkerelement verbundenes Radnabenträgerelement, insbesondere einen Achsschenkel, welches zumindest bereichsweise einen Aufnahmeraum aufweist, in welchem zumindest eines der Übertragungselemente wenigstens bereichsweise aufgenommen ist.
Die Aufnahme des zumindest einen Übertragungselements der Getriebeeinrichtung in dem Trägerelement birgt den Vorteil, dass dadurch das Lenkerelement, welches beispielsweise als Querlenker einer Doppelquerlenkerachse ausgebildet ist, einen besonders günstigen und geringen Bauraumbedarf aufweist. Des Weiteren sind keine oder nur geringe Anpassungen des Lenkerelements vonnöten, da das Übertragungselement in dem Aufnahmeraum des Trägerelements aufgenommen ist.
Bei der Getriebeeinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Untersetzungsgetriebe, welches als Übertragungselemente zwei miteinander im Eingriff stehende Zahnräder umfasst. Der Aufnahmeraum in dem Trägerelement birgt nun die Möglichkeit, ein besonders großes Zahnrad in dem Aufnahmeraum aufzunehmen, wodurch besonders vorteilhafte Übersetzungen der Getriebeeinrichtung darstellbar sind. Des Weiteren ist durch die Aufnahme in dem Aufnahmeraum das Übertragungselement vor Schmutz und damit vor einem vorzeitigen, hohen Verschleiß zumindest im Wesentlichen geschützt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Lenkerelement zumindest bereichsweise einen Aufnahmeraum auf, in welchem die elektrische Maschine zumindest bereichsweise aufgenommen ist, wobei die elektrische Maschine mit dem Lenkerelement mit diesem bewegbar verbunden ist. Diese Integration der elektrischen Maschine, welche beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist, im Bereich der Radaufhängung ist insofern vorteilhaft, als diese Anordnung nur geringe Anpassungen im Vergleich zu herkömmlichen Achsen, welche beispielsweise für einen Antrieb über eine Verbrennungskraftmaschine ausgelegt sind, erfordert. Dies geht einher mit besonders niedrigen Kosten für die erfindungsgemäße Achse bei gleichzeitiger Darstellung eines alternativen, elektrischen Antriebs der Radnabe sowie einer besonders vorteilhaften Übersetzung durch die Getriebeeinrichtung. Aufwändige Bauteile wie Karosserie, eine Anordnung von Aggregaten wie beispielsweise eines Motors, eines Getriebes oder dergleichen, ein Lenkgetriebe und eine Lenkgetriebeachse, Anordnungen von Trägern im Bereich der Achse, insbesondere Integralträger und weitere Komponenten der Radaufhängung wie beispielsweise ein Federbein etc. können im Vergleich zu herkömmlichen Achsen unverändert verbleiben oder müssen nur unwesentlich angepasst werden. Damit stellt die erfindungsgemäße Achse eine kostengünstige Variante für eine elektrisch angetriebene Achse beispielsweise als Anwendung in Hybrid-Fahrzeugen sowie für eine elektrische Allradlösung dar. Des Weiteren ergeben sich über einen gezielten Einsatz von Vortriebskräften durch die elektrische Maschine Möglichkeiten zu stabilisierenden Eingriffen in die Fahrdynamik.
Zur Darstellung einer besonders vorteilhaften Übersetzung durch die Getriebeeinrichtung umfasst diese zumindest zwei weitere, miteinander zusammenwirkende Übertragungselemente, beispielsweise zwei im Eingriff miteinander stehende Zahnräder. Dadurch ist eine zweistufige Getriebeeinrichtung geschaffen, mittels welcher ein Drehmoment sowie eine Drehzahl der elektrischen Maschine umwandelbar ist, um somit die Radnabe und damit das an der Radnabe zu befestigende Rad besonders günstig über die elektrische Maschine und die Getriebeeinrichtung antreiben zu können.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Achse wenigstens eine Welle, über welche die Radnabe antreibbar ist, wobei eines der Übertragungselemente in einem radnabenseitigen Wellenabschnitt der Welle mit dieser drehfest verbunden ist und das andere Übertragungselement mit der Radnabe drehfest verbunden ist. Vorteilhafterweise sind beide Übertragungselemente in dem oder einem jeweiligen Aufnahmeraum des Trägerelements aufgenommen, wodurch die Achse einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist und beide Übertragungselemente vor äußeren Einflüssen wie Schmutz und dergleichen geschützt sind. Dies beeinflusst die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Achse besonders positiv.
Die erfindungsgemäße Achse kann dabei sowohl als Vorderachse sowie als Hinterachse eingesetzt werden. Ebenso möglich ist der Einsatz der Achse als McPherson-Achse, welche somit eine hohe Funktionalität und einen sehr geringen Bauraumbedarf aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine perspektivische Ansicht einer Achse eines Personenkraftwagens, welche eine Radnabe umfasst, welche über eine Getriebeeinrichtung und eine Welle der Achse von einem Elektromotor antreibbar ist;
2 eine perspektivische Ansicht der Achse gemäß 1 mit einem unteren Querlenker einer Radaufhängung des Personenkraftwagens, wobei der Elektromotor bereichsweise in einem Aufnahmeraum des Querlenkers aufgenommen ist;
3 eine weitere perspektivische Ansicht der Achse gemäß 3;
4 eine weitere perspektivische Ansicht der Achse gemäß den vorhergehenden Figuren, welche einen mit dem Querlenker verbundenen Achsschenkel mit einem Aufnahmeraum umfasst, in welchem ein Zahnradpaar der Getriebeeinrichtung aufgenommen ist;
5 eine Seitenansicht der Achse gemäß der vorhergehenden Figuren, welche an einem Längsträger des Personenkraftwagens angebunden ist sowie mit einem mit der Radnabe verbundenen Rad; und
6 eine weitere Seitenansicht der Achse gemäß den vorhergehenden Figuren.
Die 1 bis 6 zeigen eine Achse 10 für einen Personenkraftwagen. Die Achse 10 umfasst eine Radaufhängung 11 mit einem oberen Querlenker 12 sowie einem unteren Querlenker 14, welche ein Rad 16 des Personenkraftwagens insbesondere in Fahrzeugquerrichtung führen. Dazu sind die Querlenker 12 und 14 an einem sich in Fahrzeuglängsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 18 erstreckenden Längsträger 17 gelagert. Um ein Ein- und Ausfedern des Rads 16 zu ermöglichen, sind die Querlenker 12 und 14 um jeweilige Schwenkachsen 20 und 22, welche im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen, verschwenkbar am Längsträger 17 gelagert. Dabei ist der untere Querlenker 14 an einem sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger 58 gelagert, welcher wiederum mit dem Längsträger 17 verbunden ist.
Der untere Querlenker 14 ist zudem über ein Federbein 24 an der Karosserie des Personenkraftwagens abgestützt, wobei das Federbein 24 einerseits an dem unteren Querlenker 14 und andererseits an einem Federbeindom der Karosserie abgestützt ist.
Des Weiteren umfasst die Achse 10 einen Achsschenkel 26, welcher in Fahrzeughochrichtung gemäß einem Richtungspfeil 28 oberseitig mit dem oberen Querlenker 12 und unterseitig mit dem unteren Querlenker 14 gelenkig verbunden ist. Der Achsschenkel 26 ist dabei um eine Schwenkachse 28 verschwenkbar mit den Querlenkern 12 und 14 verbunden, wodurch eine Lenkbarkeit des Rads 16 realisiert ist. Dazu ist der Achsschenkel 26 über eine Spurstange 30 von einem Lenkgetriebe 32 um die Schwenkachse 28 verschwenkbar.
Die Radaufhängung 11 umfasst weiterhin eine Radnabe 34, an welcher das Rad 16 zu befestigen ist. Dabei ist das Rad 16 über einen Radflansch 60 der Radnabe 34 mit dieser drehfest verbindbar, wobei Schrauben in korrespondierende Gewindelöcher des Radflansches 60 eingeschraubt und festgedreht werden. Die Radnabe 34 und damit das an ihr befestigte Rad 16 sind über eine Getriebeeinrichtung 36 und eine dünne Antriebswelle 38 von einem Elektromotor 40 der Achse 10 antreibbar. Dazu ist der Elektromotor 40 in einem Zwischenraum 42 des unteren Querlenkers 14 bereichsweise aufgenommen und mit dem Querlenker 14 mitbewegbar mit diesem verbunden.
Die Getriebeeinrichtung 36 ist als Untersetzungsgetriebe ausgebildet und umfasst eine erste Getriebestufe 44 mit zwei miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern 46 und 48. Weiterhin umfasst die Getriebeeinrichtung 36 eine weitere Getriebestufe 50 mit zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 52 und 54. Das Zahnrad 54 ist dabei in einem radnabenseitigen Wellenabschnitt der Welle 38 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden, während das Zahnrad 52 drehfest mit der Radnabe 34 verbunden ist. Wie insbesondere den 4 und 6 zu entnehmen ist, sind das Zahnrad 52 und das Zahnrad 54 in einem Aufnahmeraum 56 des Achsschenkels 26 aufgenommen. Dadurch weist der Querlenker 14 einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf. Der untere Querlenker 14 kann dadurch optimal zur Führung des Rads 16 ausgelegt werden. Die Achse 10 stellt somit eine elektrisch angetriebene Achse mit einem leicht exzentrischen Abtrieb, der dünnen Antriebswelle 38 sowie mit dem radnabenfesten Zahnrad 56 dar und weist geringe Kosten sowie eine sehr gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums auf.
Die Zahnräder 46 und 48 sind in einem Gehäuse 62 aufgenommen und wie die Zahnräder 52 und 54 vor äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Verschmutzungen geschützt. Der Elektromotor 40 ist auch über das Gehäuse 62 und einen Flansch 64 des Gehäuses 62 über entsprechende Durchgangsöffnungen mit dem Querlenker 14 verschraubt.
Der Elektromotor 40 kann vorteilhaft mit der Antriebswelle 38 durch ein homokinetisches Gelenk mit Schiebeweg verbunden werden. Die Antriebswelle 38 kann vorteilhaft radnabenseitig durch ein homokinetisches Gelenk ohne Schiebeweg mit dem Getriebeeingang der Getriebestufe 50 verbunden werden. Die Auslegung der Antriebswelle 38 kann ähnlich einer Auslegung einer Antriebswelle für einen klassischen Frontantrieb vorgenommen werden, wobei sich ein Drehzahlniveau und ein Drehmomentniveau als Grundlage für die Auslegung durch den Elektromotor 40 und die Getriebeeinrichtung 36 vorgegeben sind. Durch die erfindungsgemäße kompakte Bauweise im unteren Querlenker 14 wird vorteilhaft die Antriebswelle 38 insbesondere vor Verschmutzung, Schnee und Eis geschützt, gegebenenfalls ist noch zusätzlich eine Kapselung der Antriebswelle 38 vorzusehen.
Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, ist das Federbein 24 derart am Querlenker 14 abgestützt, dass ein gabelförmiger Bereich 57 die Welle 38 außenumfangsseitig bereichsweise umgreift, wodurch die Radnabe 34 antreibbar ist und das Federbein 24 gleichzeitig eine sehr gute Feder- und Dämpferfunktionalität für den Querlenker 14 und damit für das Rad 14 bereitstellt. Auch dadurch sind konstruktive Anpassungen vermieden, und die Kosten für die Achse 10 können in einem geringen Rahmen gehalten werden.
Bezugszeichenliste

10: Achse
11: Radaufhängung
12: Oberer Querlenker
14: Unterer Querlenker
16: Rad
17: Längsträger
18: Richtungspfeil
20: Schwenkachse
22: Schwenkachse
24: Federbein
26: Achsschenkel
28: Schwenkachse
30: Spurstange
32: Lenkgetriebe
34: Radnabe
36: Getriebeeinrichtung
38: Antriebswelle
40: Elektromotor
42: Aufnahmeraum
44: Getriebestufe
46: Zahnrad
48: Zahnrad
50: Getriebestufe
52: Zahnrad
54: Zahnrad
56: Aufnahmeraum
57: Bereich
58: Querträger
60: Radflansch
62: Gehäuse
64: Flansch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007039058 A1 [0002]

Claims

Achse (10) für ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer zumindest zwei miteinander zusammenwirkenden Übertragungselementen (46, 48, 52, 54) umfassenden Getriebeeinrichtung (36), mit zumindest einer elektrischen Maschine (40), und mit einer Radaufhängung (11), welche zumindest eine von der elektrischen Maschine (40) über die Getriebeeinrichtung (36) antreibbare Radnabe (34) und ein Lenkerelement (12, 14) zur Führung eines Rads (16) des Fahrzeugs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung (11) zumindest einen mit dem Lenkerelement (12, 14) verbundenes Radnabenträgerelement (26), insbesondere einen Achsschenkel (26), umfasst, welches zumindest bereichsweise einen Aufnahmeraum (56) aufweist, in welchem zumindest eines der Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) bereichsweise aufgenommen ist.
Achse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (10) wenigstens eine Welle (38) umfasst, über welche die Radnabe (34) antreibbar ist, wobei eines der Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) in einem radnabenseitigen Wellenabschnitt der Welle (38) mit dieser drehfest verbunden und das andere Übertragungselement (46, 48, 52, 54) mit der Radnabe (34) drehfest verbunden ist.
Achse (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (36) zumindest zwei weitere, miteinander zusammenwirkende Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) umfasst.
Achse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (10) wenigstens eine Welle (38) umfasst, über welche die Radnabe (34) antreibbar ist, wobei eines der weiteren Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) in einem Wellenabschnitt der Welle (38) auf Seiten der elektrischen Maschine (40) mit der Welle (38) drehfest verbunden und das andere der weiteren Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) mit einer Abtriebswelle (38) der elektrischen Maschine (40) drehfest verbunden ist.
Achse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselemente (46, 48, 52, 54) als Zahnräder (46, 48, 52, 54) mit jeweiligen Verzahnungen ausgebildet sind.
Achse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkerelement (12, 14) zumindest bereichsweise einen Aufnahmeraum (42) aufweist, in welchem die elektrische Maschine (40) zumindest bereichsweise aufgenommen ist.
Achse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (40) mit dem Lenkerelement (12, 14) mitbewegbar und fest mit diesem verbunden ist.