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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängung für ein Antriebselement zum Antreiben eines Fahrzeugs, welche ein Aufhängungselement zur Aufhängung des Antriebselements an einer Trägerstruktur des Fahrzeugs umfasst.
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Solche Aufhängungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So werden beispielsweise als Räder ausgebildete Antriebselemente von Kraftfahrzeugen mit derartigen Aufhängungen, beispielsweise mittels Längslenkern einer Längslenkerachse, an einer Trägerstruktur des Fahrzeugs, das heißt beispielsweise an einer selbsttragenden Karosserie des Kraftfahrzeugs, aufgehängt.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Aufhängungen erfüllen dabei lediglich die Funktion der Aufhängung selbst. Insbesondere ist bei den herkömmlichen Kraftfahrzeugen vorgesehen, dass eine funktionale und räumliche Trennung des die Aufhängungen umfassenden Fahrwerks des Fahrzeugs von einer Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Verbrennungsmotor, erfolgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufhängung für ein Antriebselement zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, welches einen platzsparenden Einbau einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Antriebselements und vorzugsweise zugleich eine stabile Aufhängung des Antriebselements an der Trägerstruktur des Fahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Aufhängung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufhängung eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Antriebselements umfasst, wobei zumindest ein ein Antriebsmoment erzeugendes Element der Antriebsvorrichtung zumindest teilweise innerhalb des Aufhängungselements angeordnet ist.
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Dadurch, dass die Aufhängung die Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Antriebselements umfasst, ist eine platzsparende Anordnung der Antriebsvorrichtung an einem Fahrzeug möglich. Insbesondere muss an einer Trägerstruktur des Fahrzeugs kein zusätzlicher Raum zur Anordnung der Antriebsvorrichtung vorgesehen werden.
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Dadurch, dass das ein Antriebsmoment erzeugende Element der Antriebsvorrichtung zumindest teilweise innerhalb des Aufhängungselements, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig innerhalb des Aufhängungselements, angeordnet ist, ist eine besonders platzsparende Anordnung der Antriebsvorrichtung an der Aufhängung möglich. Ferner ergibt sich hierbei vorzugsweise eine besonders stabile Ausgestaltung des Aufhängungselements, so dass eine besonders stabile Aufhängung des Antriebselements an der Trägerstruktur des Fahrzeugs mittels der erfindungsgemäßen Aufhängung möglich ist.
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Zumindest einzelne Bauteile der Antriebsvorrichtung dienen vorzugsweise nicht nur dem Antreiben des Antriebselements, sondern auch der Verstärkung der Struktur der Aufhängung, insbesondere des Aufhängungselements. Auf diese Weise kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung zusammen mit der Aufhängung eine gegenüber einem getrennten Aufbau reduzierte Anzahl an Bauteilen aufweist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung einen Elektromotor umfasst. Durch die Wahl eines Elektromotors als Antriebsvorrichtung kann ein besonders energiesparender und komfortabler Antrieb verwirklicht werden. Insbesondere kann durch die Wahl eines Elektromotors als Antriebsvorrichtung die Notwendigkeit für einen schweren und wartungsintensiven Verbrennungsmotor entfallen.
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Günstig ist es, wenn das ein Antriebsmoment erzeugende Element ein Rotor ist. Insbesondere bei der Wahl eines Elektromotors als Antriebsvorrichtung kann hierbei vorgesehen sein, dass ein Rotor des Elektromotors an dem Aufhängungselement, vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Aufhängungselements, angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine besonders platzsparende Anordnung des Rotors des Elektromotors an der Aufhängung möglich.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Rotationsachse des Rotors im Benutzungszustand der Aufhängung im Wesentlichen in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann insbesondere bei Längslenkerachsen eine besonders einfache Anordnung des Rotors in einem dem Antriebselement zugewandten Ende des als Längslenker ausgebildeten Aufhängungselements erfolgen.
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Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Rotationsachse des Rotors im Benutzungszustand der Aufhängung im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Insbesondere bei der Verwendung von Querlenkerachsen kann dann eine besonders einfache Anordnung des Rotors in einem dem Antriebselement zugewandten Ende eines Querlenkers der Querlenkerachse erfolgen.
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Eine einfache Anordnung zumindest eines Teils des ein Antriebsmoment erzeugenden Elements der Antriebsvorrichtung innerhalb des Aufhängungselements ist insbesondere dann möglich, wenn das Aufhängungselement zumindest abschnittsweise, insbesondere durchgehend, einen hohlen Querschnitt aufweist.
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Günstig ist es, wenn das Aufhängungselement einen Stator für die Antriebsvorrichtung bildet. Insbesondere in Kombination mit einem als Rotor ausgebildeten ein Antriebsmoment erzeugenden Element kann auf diese Weise eine einfache Anordnung des Elektromotors an dem Aufhängungselement dadurch verwirklicht werden, dass das Aufhängungselement selbst den Stator des Elektromotors bildet, innerhalb welchem der Rotor angeordnet ist. Auf diese Weise kann die als Elektromotor ausgebildete Antriebsvorrichtung im Wesentlichen vollständig in das Aufhängungselement integriert werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Aufhängungselement als ein Längslenker einer Längslenkerachse des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Aufhängungselement als ein Querlenker einer Querlenkerachse des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Aufhängungselement als ein Schräglenker einer Schräglenkerachse des Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Sowohl im Falle einer Längslenkerachse als auch im Falle einer Querlenkerachse ist durch die besonders stabile Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufhängung eine stabile Anordnung des Antriebselements an der Trägerstruktur des Fahrzeugs möglich. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zusätzliche Verstrebungen und/oder Versteifungen des Aufhängungselements, wie bei herkömmlichen Aufhängungen üblich, entfallen.
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Eine besonders gewichtssparende Ausgestaltung der Aufhängung ist insbesondere dadurch möglich, dass das Aufhängungselement zumindest teilweise aus einem Leichtbauwerkstoff gebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass das Aufhängungselement aus Aluminium, Magnesium und/oder aus faserverstärkten Kunststoffen gebildet ist.
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Günstig ist es, wenn die gesamte Antriebsvorrichtung einen Teil der Aufhängung bildet. So kann insbesondere vorgesehen sein, dass nicht nur die als Elektromotor ausgebildete Antriebsvorrichtung, sondern darüber hinaus benötigte Komponenten, wie beispielsweise eine Stromversorgungseinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie an der Aufhängung angeordnet ist, insbesondere einen Teil der Aufhängung bildet, vorzugsweise innerhalb des Aufhängungselements angeordnet ist.
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Günstig kann es sein, wenn die Aufhängung ein Getriebe umfasst, mittels welchem ein mittels des Antriebsmoment erzeugenden Elements erzeugtes Antriebsmoment auf das Antriebselement übertragbar ist. So kann insbesondere bei der Verwendung eines als Längslenker einer Längslenkerachse des Fahrzeugs ausgebildeten Aufhängungselements ein Winkelgetriebe vorgesehen sein, um die Drehbewegung eines Rotors, welcher beispielsweise um eine im Wesentlichen in der Fahrtrichtung ausgerichtete Rotationsachse rotiert, in eine Drehbewegung eines beispielsweise als Rad ausgebildeten, um eine im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und horizontal verlaufende Achse rotierenden Antriebselements des Fahrzeugs umzuwandeln.
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Die erfindungsgemäße Aufhängung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend mindestens eine Aufhängung, beispielsweise vier Aufhängungen. Beispielsweise kann bei der Verwendung von vier erfindungsgemäßen Aufhängungen in einem Fahrzeug auf einfache Art und Weise ein Allradantrieb ermöglicht werden.
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Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass lediglich zwei Antriebselemente angetrieben werden, so dass lediglich zwei Aufhängungen gemäß der vorliegenden Erfindung an einem Fahrzeug verwendet werden. Auf diese Weise ist insbesondere eine Trennung eines Lenksystems von dem Antriebssystem derart möglich, dass an einer Achse ein Antrieb und an einer weiteren Achse ein Lenksystem angeordnet ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mindestens ein Antriebselement umfasst, welches mittels der Antriebsvorrichtung der Aufhängung antreibbar ist und welches beispielsweise als Rad ausgebildet ist. Insbesondere kann es sich hierbei um Landfahrzeuge handeln.
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Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Antriebselement eines Fahrzeugs ein Propeller ist. So kann einerseits das Fahrzeug als Wasserfahrzeug mit einer Schiffschraube ausgebildet sein, wobei die Schiffschraube mittels einer Aufhängung beweglich an einer Trägerstruktur des Wasserfahrzeugs aufgehängt ist. Andererseits kann auch vorgesehen sein, dass das Antriebselement ein Propeller für ein Luftfahrzeug ist, wobei der Propeller mittels der Aufhängung beweglich an einer Trägerstruktur des Luftfahrzeugs aufgehängt ist.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung der Aufhängung im Benutzungszustand des Fahrzeugs einen Teil der ungefederten Masse des Fahrzeugs bildet. Wie vorstehend bereits beschrieben, kann hierbei einerseits vorgesehen sein, dass ferner weitere für den Antrieb notwendige Elemente des Fahrzeugs, beispielsweise Energieversorgungsvorrichtungen, ebenfalls an der Aufhängung angeordnet sind. Andererseits kann es vorteilhaft sein, wenn derartige weitere Elemente zur Ansteuerung und/oder Versorgung der Antriebsvorrichtung einen Teil der gefederten Masse des Fahrzeugs bilden, das heißt insbesondere an der Trägerstruktur des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Ferner kann die erfindungsgemäße Aufhängung und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug die nachfolgend aufgeführten Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Vorzugsweise lässt die Aufhängung eine sehr geringe Spurwinkeländerung zu, wenn das Aufhängungselement einen relativ großen Querschnitt und/oder eine relativ breite Lagerung an der Trägerstruktur des Fahrzeugs aufweist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Durchmesser des Aufhängungselements mindestens ungefähr 10 cm, vorzugsweise insbesondere mindestens ungefähr 15 cm, insbesondere mindestens ungefähr 25 cm, beträgt. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine besonders breite Lagerung, beispielsweise mittels einer Welle mit einem Durchmesser von mindestens ungefähr 5 cm, vorzugsweise mindestens ungefähr 10 cm, insbesondere mindestens ungefähr 20 cm, vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine sehr steife und fahrstabile Achse gebildet werden.
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Das Aufhängungselement weist vorzugsweise ein Hohlprofil auf, in welchem beispielsweise ein Elektromotor integriert werden kann, mittels welchem das Antriebselement antreibbar ist. Insbesondere dann, wenn zwischen dem Antriebselement und dem Elektromotor ein Getriebe, insbesondere ein Winkelgetriebe, vorgesehen ist, kann der Elektromotor an das Aufhängungselement angepasst und beispielsweise hochdrehend ausgeführt werden.
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Vorzugsweise versteifen der Elektromotor und/oder das Winkelgetriebe das Aufhängungselement, so dass die Kombination aus der Antriebsvorrichtung und dem Aufhängungselement ein steifes Bauteil mit einer hohen Funktionsintegration und einem geringen Platzbedarf darstellt.
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Eine Anlenkung des Aufhängungselements an der Trägerstruktur des Fahrzeugs kann entweder direkt (1 zu 1) oder über eine kinematische Übersetzung erfolgen.
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Zur Federung und Dämpfung der Aufhängung, insbesondere als Hubfedern oder Hubdämpfer, können Linear- oder Rotationsfedern bzw. Linear- oder Rotationsdämpfer eingesetzt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf eine Kombination aus einer Trägerstruktur eines Fahrzeugs und zweier mittels Aufhängungen daran aufgehängter Antriebselemente;
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2 einen schematischen Schnitt durch eine der Aufhängungen aus der 1 samt den diese Aufhängung umgebenden Abschnitten der Trägerstruktur des Fahrzeugs und des an der Aufhängung angeordneten Antriebselements; und
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3 eine schematische perspektivische Darstellung einer Kombination aus einer Aufhängung und einem Antriebselement in einem montierten Zustand an einer Trägerstruktur eines Fahrzeugs.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein in den 1 bis 3 dargestelltes, nachfolgend mit 100 bezeichnetes Fahrzeug ist beispielsweise als Landfahrzeug, insbesondere als Kraftfahrzeug, ausgebildet und umfasst eine Trägerstruktur 102 an welcher mittels Aufhängungen 104 beispielsweise als Räder 106 ausgebildete Antriebselemente 108 aufgehängt sind.
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Die Trägerstruktur 102 umfasst mindestens einen Querträger 110, welcher sich in einem Benutzungszustand des Fahrzeugs 100 in einer Richtung senkrecht zu einer Fahrtrichtung 112 des Fahrzeugs 100 und im Wesentlichen horizontal erstreckt. Ferner umfasst die Trägerstruktur 102 zwei Längsträger 114, welche sich im Benutzungszustand des Fahrzeugs 100 im Wesentlichen in der Fahrtrichtung 112 erstrecken und welche mittels des mindestens einen Querträgers 110 miteinander verbunden sind, so dass ein stabiler Rahmen 116 der Trägerstruktur 102 gebildet wird.
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Der Rahmen 116 der Trägerstruktur 102 erstreckt sich im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung 112 und im Wesentlichen horizontal über ungefähr ein Drittel der Gesamtbreite des Fahrzeugs 100. Zur zusätzlichen Abstützung der über den Rahmen 116 der Trägerstruktur 102 hinausragenden (nicht dargestellten) Bauteile des Fahrzeugs 100 ist daher zu beiden Seiten des im Wesentlichen mittig entlang der Fahrzeugrichtung 112 ausgerichteten Rahmens 116 der Trägerstruktur 102 jeweils ein Seitenschweller 118 vorgesehen, welcher mit jeweils mindestens einem Verbindungselement 120 an den Längsträgern 114 des Rahmens 116 der Trägerstruktur 102 festgelegt ist.
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Die Antriebselemente 108 sind an der Trägerstruktur 102, insbesondere an den Längsträgern 114 des Rahmens 116 der Trägerstruktur 102 angeordnet.
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Hierzu sind die Längsträger 114 des Rahmens 116 der Trägerstruktur 102 mit zwei bezüglich einer vertikalen Längsmittelebene 122 des Fahrzeugs 100 spiegelsymmetrisch zueinander angeordneten Lagern 124 versehen, in welchen die Aufhängungen 104 gelagert werden können.
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Jede Aufhängung 104 umfasst hierzu ein Aufhängungselement 126, welches im Wesentlichen hohl ausgebildet ist und einen im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 in horizontaler Richtung genommenen Querschnitt aufweist, welcher einem 90° Abschnitt (1/4) eines Ringes ähnelt, sich hierbei jedoch in Richtung des jeweils daran angeordneten Antriebselements 108 verjüngt. Ein im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 dem Lager 124 zugewandtes lagerseitiges Ende 128 des Aufhängungselements 126 ist somit um 90° gegenüber einem im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 einem (noch zu beschreibenden) Getriebe zugewandten, antriebsseitigen Ende 130 des Aufhängungselements 126 gedreht angeordnet.
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An dem antriebsseitigen Ende 130 des Aufhängungselements 126 ist ein Getriebe 132 angeordnet, mittels welchem das ebenfalls an dem antriebsseitigen Ende 130 des Aufhängungselements 126 angeordnete, insbesondere drehbar gelagerte, Antriebselement 108 antreibbar ist.
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Zur Erzeugung eines Antriebsmoments umfasst die Aufhängung 104 eine Antriebsvorrichtung 134 mit einem ein Antriebsmoment erzeugenden Element 136, welches zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Aufhängungselements 126 angeordnet ist (siehe insbesondere 2).
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Das ein Antriebsmoment erzeugende Element 136 ist insbesondere als ein Rotor 138 ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 134 ist hierbei vorzugsweise als ein Elektromotor 140 ausgebildet, wobei der Rotor 138 des Elektromotors 140, welcher innerhalb des Aufhängungselements 126 angeordnet ist, mit einer als Stator 142 wirkenden Wand 144 des Aufhängungselements 126 zusammenwirkt, um eine besonders kompakte Anordnung oder Integration des Elektromotors 140 an der Aufhängung 104 zu realisieren.
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Eine Rotationsachse 146 des Rotors 138 ist bei der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform im montierten Zustand des Fahrzeugs im Wesentlichen in der Fahrtrichtung 112 ausgerichtet. Eine Übertragung der Rotationsbewegung des Rotors 138 um die Rotationsachse 146 auf das Antriebselement 108, welches im Benutzungszustand des Fahrzeugs 100 um eine senkrecht zur Fahrtrichtung 112 und im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Rotationsachse 148 des Antriebselements 108 rotiert, erfolgt mittels des beispielsweise als Winkelgetriebe ausgebildeten Getriebes 132.
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Die Aufhängung 104 ist in dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Längslenkerachse, das heißt, dass die Aufhängungselemente 126 und somit auch die Antriebselemente 108 im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 um eine senkrecht zur Fahrtrichtung 112 und im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Lagerachse 150 drehbar gelagert sind (siehe 1). Die Aufhängungselemente 126 sind hierzu an dem lagerseitigen Ende 128 des Aufhängungselements 126 jeweils mit einer Welle 152 versehen, welche im montierten Zustand des Fahrzeugs 100 in den Lagern 124 der Längsträger 114 des Rahmens 116 der Trägerstruktur 102 gelagert sind.
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Durch die geeignete Wahl der Dimensionen der Wellen 152 und der Lager 124 kann eine stabile Aufhängung der Antriebselemente 108 an der Trägerstruktur 102 gewährleistet werden. Insbesondere dann, wenn ein Durchmesser der Wellen 152 und entsprechend auch der Lager 124 mindestens ungefähr 5 cm, vorzugsweise mindestens ungefähr 10 cm, beträgt, kann ein unerwünschtes Spiel in der Bewegung der Antriebselemente 108 reduziert werden.
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Dadurch, dass die Aufhängung 104 eine Antriebsvorrichtung 134 zum Antreiben des Antriebselements 108 umfasst, wobei zumindest ein ein Antriebsmoment erzeugendes Element 136 der Antriebsvorrichtung 134 zumindest teilweise innerhalb des Aufhängungselements 126 angeordnet ist, ist ein platzsparender Einbau der Antriebsvorrichtung 134 zum Antreiben des Antriebselements 108 in der Aufhängung 104 und zugleich eine stabile Aufhängung des Antriebselements 108 an der Trägerstruktur 102 des Fahrzeugs 100 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 102
- Trägerstruktur
- 104
- Aufhängung
- 106
- Rad
- 108
- Antriebselement
- 110
- Querträger
- 112
- Fahrtrichtung
- 114
- Längsträger
- 116
- Rahmen
- 118
- Seitenschweller
- 120
- Verbindungselement
- 122
- Längsmittelebene
- 124
- Lager
- 126
- Aufhängungselement
- 128
- lagerseitiges Ende
- 130
- antriebsseitiges Ende
- 132
- Getriebe
- 134
- Antriebsvorrichtung
- 136
- Antriebsmoment erzeugendes Element
- 138
- Rotor
- 140
- Elektromotor
- 142
- Stator
- 144
- Wand
- 146
- Rotationsachse
- 148
- Rotationsachse
- 150
- Lagerachse
- 152
- Welle
