DE102014210416A1

DE102014210416A1 - Antriebsrad

Info

Publication number: DE102014210416A1
Application number: DE102014210416.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Diehl; Christian Eisele; Gunter Freitag; Lukas Heidrich; Dr. Klöpzig Markus; Kai Kriegel; Klaus Schleicher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2015-12-03
Also published as: CN106470863A; KR20170013985A; EP3137329A2; JP2017516708A; US20180141430A1; WO2015185443A2; WO2015185443A3

Abstract

Es wird ein Antriebsrad (1) für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend wenigstens einen hülsenförmigen Felgenkranz (2) und einen Außenläufermotor (4) mit einem Rotor (6), wobei der hülsenförmige Felgenkranz (2) mittels einer lösbaren Verbindung (42) direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor (6) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsrad für ein Kraftfahrzeug.
In der Elektromobilität wird eine Vielzahl von Antriebskonzepten untersucht und deren Brauchbarkeit überprüft. Im Gegensatz zu klassischen Antriebskonzepten, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, ist es insbesondere bei elektrischen Kraftfahrzeugen von besonderem Vorteil, den Antriebsmotor direkt in einem Antriebsrad des Kraftfahrzeuges zu integrieren. Die Integration des Antriebsmotors im Antriebsrad wird als Radnabenantrieb bezeichnet.
Ein Vorteil des Radnabenantriebes ist der Wegfall des klassischen Antriebsstranges. So können beispielsweise zusätzliche Komponenten, wie Reibbremsen, Leistungselektronikelemente, Getriebe und/oder aktive Dämpfungssysteme direkt im Antriebsrad und somit im Radnabenantrieb integriert werden.
Nach dem Stand der Technik werden Radaufhängungen von klassischen Antriebskonzepten, insbesondere von Antriebskonzepten mit Verbrennungsmotoren, für die Ausbildung eines Radnabenantriebes verwendet. Beispielsweise wird die Felge des Antriebsrades typischerweise axial von außen auf den Antriebsmotor des Radnabenantriebes aufgeschraubt. Dies führt zu einer Verringerung des nutzbaren Bauraumes innerhalb des Antriebsrades.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bauraum innerhalb eines Antriebsrades zu vergrößern.
Die Aufgabe wird durch ein Antriebsrad mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Antriebsrad für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisches Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, das wenigstens einen hülsenförmigen Felgenkranz und einen Außenläufermotor mit einem Rotor umfasst, wobei der hülsenförmige Felgenkranz mittels einer lösbaren Verbindung direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor des Außenläufermotors verbunden ist.
Erfindungsgemäß wird der Felgenkranz des Antriebsrades direkt und drehmomentschlüssig am Rotor des Außenläufermotors befestigt. Vorteilhafterweise können dadurch ein Felgenstern und ein Radschlüssel des Antriebsrades, wie beispielsweise bei klassischen Antriebskonzepten vorgesehen, entfallen. Durch das Entfallen der genannten Komponenten wird vorteilhafterweise weiterer Bauraum, welcher vorher durch den Felgenstern und den Radschlüssel eingenommen wurde, für die Ausbildung eines Radnabenantriebes verwendet werden. Insgesamt wird dadurch der Bauraum innerhalb des Antriebsrades vergrößert.
Mit anderen Worten wird bei einer zweiteiligen Felge, das heißt bei einer Felge mit einem Felgenkranz und einem Felgenstern, der Felgenstern durch den Rotor des Außenläufermotors ersetzt. Hierzu ist der hülsenförmige Felgenkranz direkt und drehmomentschlüssig mittels einer lösbaren Verbindung am Rotor des Außenläufermotors befestigt. Eine lösbare Verbindung ist deshalb von Vorteil, da der Felgenkranz ausgetauscht werden kann, ohne gleichzeitig den Rotor des Außenläufermotors auszutauschen. Insbesondere ist für die Verbindung beziehungsweise Befestigung des Felgenkranzes am Rotor eine Schraubverbindung vorgesehen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn sich der Außenläufermotor annähernd vollständig über die Felgenmaulweite des hülsenförmigen Felgenkranzes erstreckt.
Mit anderen Worten wird annähernd der gesamte Bauraum innerhalb des Felgenkranzes für den Außenläufermotor genutzt. Insbesondere ist der Bauraum für den Außenläufermotor nicht durch einen Felgenstern und einen Radschlüssel des Antriebsrades eingeschränkt oder begrenzt. Hierbei wird der zusätzlich zur Verfügung stehende Bauraum für den Außenläufermotor oder für weitere Komponenten des Radnabenantriebes, beispielsweise Getriebe oder Elektronikkomponenten, verwendet.
Besonders vorteilhaft ist ein hülsenförmiger Felgenkranz, der einteilig ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise werden durch die einteilige Ausführung des hülsenförmigen Felgenkranzes Verbindungselemente, die zu einem erhöhten Verschleiß des Felgenkranzes führen könnten, vermieden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Felgenkranzes und somit die Zuverlässigkeit des Antriebsrades insgesamt verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Felgenbett des hülsenförmigen Felgenkranzes als Flansch ausgebildet, wobei der Flansch mittels der lösbaren Verbindung direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor verbunden ist.
Mit anderen Worten ist der hülsenförmige Felgenkranz als Tiefbettfelgenkranz (Tiefbettfelge) ausgebildet. Hierbei wird das Felgenbett des Tiefbettfelgenkranzes direkt am Rotor des Außenläufermotors drehmomentschlüssig verschraubt. Dadurch wird vorteilhafterweise ein technisch effizientes und kostengünstiges Antriebsrad für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisches Kraftfahrzeug, ermöglicht.
Als Bremse für das Antriebsrad ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Perimeterbremse, die eine Bremsscheibe umfasst, vorgesehen, wobei die Bremsscheibe mit dem hülsenförmigen Felgenkranz oder dem Rotor kraftschlüssig verbunden oder gekoppelt ist.
Vorteilhafterweise wird dadurch der Bauraum innerhalb des hülsenförmigen Felgenkranzes nicht oder nur gering durch die Perimeterbremse eingeschränkt, so dass der genannte Bauraum annähernd vollständig für den Außenläufermotor und somit für den Radnabenantrieb des Antriebsrades genutzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Perimeterbremse wenigstens einen Bremssattel, der mit einer Achse des Antriebsrades verbunden ist.
Mit anderen Worten stützt sich der Bremssattel der Perimeterbremse auf der Achse des Antriebsrades, welche mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, ab. Hierbei ist die Perimeterbremse oder der Bremssattel kraftfahrzeugseitig angeordnet.
Durch die mit dem Kraftfahrzeug drehfest verbundene Achse des Antriebsrades können beispielsweise Versorgungsleitungen zur Steuerung und/oder Kühlung der Perimeterbremse und/oder des Außenläufermotors verlaufen. Hierbei kann eine Hohlachse als Achse vorgesehen sein, so dass die Versorgungsleitungen für das Antriebsrad des Kraftfahrzeuges sich geschützt innerhalb der Hohlachse erstrecken.
Für die Kühlung des Antriebsrades, insbesondere der Perimeterbremse und/oder des Außenläufermotors, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen.
Die Kühleinrichtung kann Kühlleitungen umfassen, die direkt die Bremsscheibe, den Bremssattel, den Rotor und/oder Statorwicklungen eines Stators des Außenläufermotors kühlen. Dadurch wird vorteilhaferweise eine Erwärmung des Felgenkranzes und/oder des Rotors durch die mit dem Felgenkranz oder dem Rotor gekoppelte Perimeterbremse durch einen Bremsvorgang oder durch eine Mehrzahl von Bremsvorgängen vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsscheibe über einen Bremssteg mit dem hülsenförmigen Felgenkranz oder dem Rotor kraftschlüssig verbunden, wobei der Bremssteg wenigstens ein Material umfasst, das einen hohen Wärmewiderstand aufweist.
Vorteilhafterweise wird dadurch die am hülsenförmigen Felgenkranz oder am Rotor befestigte Perimeterbremse thermisch von dem Felgenkranz oder dem Rotor entkoppelt. Dadurch wird zusätzlich sichergestellt, dass der Felgenkranz oder der Rotor nicht unverhältnismäßig durch einen Bremsvorgang oder eine Mehrzahl von Bremsvorgängen erwärmt werden. Vorteilhafterweise wird somit ein Platzen eines Reifens des Antriebsrades, welcher Reifen mittels des hülsenförmigen Felgenkranzes am Antriebsrad befestigt und durch diesen eingefasst ist, vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Antriebsrad eine Dichtungsplatte oder ein Lagerschild, wobei ein Dichtungsdurchmesser der Dichtungsplatte oder ein Lagerdurchmesser des Lagerschildes an einer Achse des Antriebsrades angeordnet ist.
Mit anderen Worten erfolgt die Dichtung des Antriebsrades und/oder des Außenläufermotors auf einem möglichst geringen radialen Durchmesser. Dadurch wird vorteilhafterweise die Bahngeschwindigkeit am Ort der Dichtung reduziert beziehungsweise möglichst minimiert, so dass sich ein kleineres Reibmoment ergibt. Hierdurch werden vorteilhafterweise Reibungsverluste und ein Verschleiß der Dichtung verringert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsrades mit einem Außenläufermotor, einem hülsenförmigen Felgenkranz und einer Perimeterbremse, wobei eine Bremsscheibe der Perimeterbremse mit dem Felgenkranz kraftschlüssig verbunden ist; und
2 eine schematische Darstellung eines Antriebsrades mit einem Außenläufermotor, einem hülsenförmigen Felgenkranz und einer Perimeterbremse, wobei eine Bremsscheibe der Perimeterbremse mit einem Rotor des Außenläufermotors kraftschlüssig verbunden ist.
Gleichartige Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsrades 1. Hierbei umfasst das Antriebsrad 1 einen hülsenförmigen Felgenkranz 2 und einen Außenläufermotor 4, welcher Außenläufermotor 4 einen Rotor 6 umfasst. Der hülsenförmige Felgenkranz 2 ist erfindungsgemäß mittels einer lösbaren Verbindung 42, insbesondere mittels einer Schraubverbindung, direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor 6 des Außenläufermotors 4 verbunden.
Mit anderen Worten wird ein Drehmoment, welches durch den Außenläufermotor 4 erzeugt wird, mittels der lösbaren Verbindung 42 über den Rotor 6 zum am Rotor 6 direkt befestigten hülsenförmigen Felgenkranz 2 übertragen.
Der Felgenkranz 2 ist als Tiefbettfelgenkranz ausgebildet, wobei ein Felgenbett 8 des Tiefbettfelgenkranzes 2 einen Flansch ausbildet, der mittels der lösbaren Verbindung 42 mit dem Rotor 6 verbunden ist.
Der Rotor 6 des Außenläufermotors 4 stützt sich über Lager 22 auf eine mit einem Kraftfahrzeug – Kraftfahrzeug nicht dargestellt – verbundene Achse 16 des Antriebsrades 1 ab. Hierbei kann auf der dem Kraftfahrzeug abgewandten Seite des Antriebsrades 1 eine Dichtungsplatte 26 oder ein Lagerschild 26, welche sich über ein weiteres Lager 22 an der Achse 16 abstützt, vorgesehen sein. Die Dichtungsplatte 26 oder das Lagerschild 26 kann mit dem Rotor 6 verbunden sein.
Durch den Rotor 6 des Außenläufermotors 4 wird innerhalb des Felgenkranzes 2 ein Bauraum 24 begrenzt, dessen axiale Länge sich annähernd über die gesamte Felgenmaulweite 100 des Felgenkranzes 2 erstreckt. Hierbei ist als axiale Länge die Länge anzusehen, die sich in axialer Richtung, das heißt parallel zur Achse 16 ergibt. Die Erfindung hat somit gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Bauraum 24 axial nicht durch einen Felgenstern und/oder einen Radschlüssel begrenzt wird, wodurch der Bauraum 24 gegenüber dem Stand der Technik vergrößert wird. Der gegenüber dem Stand der Technik vergrößerte Bauraum 24 kann für weitere Komponenten des Außenläufermotors 4, beispielsweise für einen Stator, elektronische Komponenten und/oder Getriebe verwendet werden.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Perimeterbremse 10 kraftfahrzeugseitig angeordnet. Hierbei umfasst die Perimeterbremse 10 eine Bremsscheibe 12, die kraftschlüssig mit dem Felgenkranz 2 mittels eines Bremssteges 18 verbunden oder gekoppelt ist. Hierbei ist für den Bremssteg 18 ein Material vorgesehen, das einen hohen Wärmewiderstand aufweist. Die Bremsscheibe 12 der Perimeterbremse 10 wird durch einen Bremssattel 14 der Perimeterbremse 10 eingefasst, wobei sich der Bremssattel 14 mittels eines weiteren Elementes auf der Achse 16 des Antriebsrades 1 abstützt. Weiterhin können nicht dargestellte Kühleinrichtungen und/oder Kühlleitungen für die Perimeterbremse 10 und/oder den Rotor 6 des Außenläufermotors 4 vorgesehen sein, so dass es bei einem Bremsvorgang oder einer Mehrzahl von Bremsvorgängen nicht zu einem Platzen eines Reifens 20 kommt, welcher Reifen 20 am Felgenkranz 2 angeordnet und durch diesen eingefasst ist.
Versorgungsleitungen für das Antriebsrad 1, beispielsweise elektronische Steuerleitungen und/oder Kühlleitungen, verlaufen hierbei innerhalb der Achse 16 des Antriebsrades 1, wobei die Achse 16 hierfür zweckmäßigerweise als Hohlachse ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind dadurch die Versorgungsleitungen durch die Achse 16 ummantelt und folglich geschützt angeordnet.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsrades 1 gezeigt, wobei im Gegensatz zu 1 eine Perimeterbremse 10 an einem Rotor 6 eines Außenläufermotors 4 angeordnet ist. Hierbei zeigt 2 dieselben Elemente wie bereits 1.
Die Perimeterbremse 10 umfasst eine Bremsscheibe 12, die über einen Bremssteg 18 mit dem Rotor 6 des Außenläufermotors 4 verbunden ist. Hierbei wird die Bremsscheibe 12 wiederum durch einen Bremssattel 14 der Perimeterbremse 10 eingefasst, wobei sich der Bremssattel 14 auf eine Achse 16 des Antriebsrades 1 abstützt. Mit anderen Worten tritt in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Bremswirkung der Perimeterbremse 10 direkt durch eine Verlangsamung des Rotors 6 des Außenläufermotors 4 ein. Hierbei können – wie bereits in 1 – weitere Komponenten, beispielsweise eine Kühleinrichtung und Kühlleitungen für die Perimeterbremse 10 oder den Rotor 6, vorgesehen sein.
Zweckmäßigerweise ist die Perimeterbremse 10 kraftfahrzeugseitig angeordnet, so dass sich ein Bauraum 24 annähernd vollständig über die Felgenmaulweite 100 eines Felgenkranzes 2 erstreckt. Der Bauraum 24 kann für den Außenläufermotor 4 und/oder für weitere Komponenten des Antriebsrades 1 verwendet werden.
Durch die erfindungsgemäße lösbare Verbindung 42 des hülsenförmigen Felgenkranzes 2 am Rotor 6 des Außenläufermotors 4 wird annähernd der gesamte innerhalb des Felgenkranzes 2 zur Verfügung stehende Bauraum (Bauraum 24) nutzbar.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Antriebsrad (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen hülsenförmigen Felgenkranz (2) und einen Außenläufermotor (4) mit einem Rotor (6), wobei der hülsenförmige Felgenkranz (2) mittels einer lösbaren Verbindung (42) direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor (6) verbunden ist.
Antriebsrad (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Außenläufermotor (4) annähernd vollständig über die Felgenmaulweite (100) des hülsenförmigen Felgenkranzes (2) erstreckt.
Antriebsrad (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Felgenkranz (2) einteilig ausgebildet ist.
Antriebsrad (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Felgenbett (8) des hülsenförmigen Felgenkranzes (2) als Flansch ausgebildet ist, wobei der Flansch mittels der lösbaren Verbindung direkt und drehmomentschlüssig mit dem Rotor (6) verbunden ist.
Antriebsrad (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, mit einer Perimeterbremse (10), die eine Bremsscheibe (12) umfasst, wobei die Bremsscheibe (12) mit dem hülsenförmigen Felgenkranz (2) oder dem Rotor (6) kraftschlüssig verbunden ist.
Antriebsrad (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Perimeterbremse (10) einen Bremssattel (14) umfasst, der mit einer Achse (16) des Antriebsrades (1) verbunden ist.
Antriebsrad (1) gemäß Anspruch 5 oder 6, mit einer Kühleinrichtung, die zur Kühlung der Perimeterbremse (10), der Bremsscheibe (12) und/oder des Bremssattels (14) ausgebildet ist.
Antriebsrad (1) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe (12) über einen Bremssteg (18) mit dem hülsenförmigen Felgenkranz (2) oder dem Rotor (6) kraftschlüssig verbunden ist, wobei der Bremssteg (18) wenigstens ein Material umfasst, das einen hohen Wärmewiderstand aufweist.
Antriebsrad (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, mit einer Dichtungsplatte (26) oder einem Lagerschild (26), wobei ein Dichtungsdurchmesser der Dichtungsplatte (26) oder ein Lagerdurchmesser des Lagerschildes (26) an einer Achse (16) des Antriebsrades (1) angeordnet sind.