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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, bei dem im Motorraum wenigstens ein Antriebsaggregat zum Antrieb von Vorderrädern und eine Brennstoffzelleneinheit als Lieferant elektrischer Energie für wenigstens einen Elektromotor angeordnet sind.
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Ein derartiges Kraftfahrzeug ist aus der
DE 10 2010 011 578 A1 bekannt geworden. Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug befindet sich der durch die Brennstoffzelleneinheit mit elektrischer Energie belieferte Elektromotor im unmittelbaren Bereich der Hinterachse und treibt die Hinterräder mit einer direkt angeflanschten Getriebe-Differentialeinheit an.
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Solch eine Anordnung von Brennstoffzelleneinheit und zugeordnetem Elektromotor ist hinsichtlich der Vermeidung von Verlusten nicht optimal.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, hier eine Verbesserung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung geht dabei aus von einem Kraftfahrzeug, bei dem im Motorraum wenigstens ein Antriebsaggregat zum Antrieb von Vorderrädern und eine Brennstoffzelleneinheit als Lieferant elektrischer Energie für wenigstens einen Elektromotor angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Antriebsaggregat den wenigstens einen durch die Brennstoffzelleneinheit mit elektrischer Energie belieferten Elektromotor aufweist.
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Auf Grund dieser örtlichen Zusammenführung von Brennstoffzelleneinheit und dem Elektromotor im Motorraum, kann das Kraftfahrzeug hinsichtlich der Vermeidung von Verlusten verbessert und somit der Wirkungsgrad erhöht werden.
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Es gibt mehrere, besonders zweckmäßige Möglichkeiten, die aus Elektromotor und Brennstoffzelleneinheit gebildete Baueinheit funktionsgerecht im Motorraum abzustützen.
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So schlägt eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das wenigstens eine Antriebsaggregat und die Brennstoffzelleneinheit über wenigstens ein starres Koppelelement zu einer Baueinheit miteinander verbunden sind und die so gebildete Baueinheit über seitlich an der Baueinheit angeordnete Lager (vorzugsweise zwei) und ein unterhalb der Baueinheit angeordnetes Lager abgestützt ist.
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Auf Grund dieser technischen Maßnahme ist es sehr kostengünstig möglich, die aus Elektromotor und Brennstoffzelleneinheit gebildete Baueinheit funktionsgerecht im Motorraum abzustützen.
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Es können dadurch unter Umständen solche karosserieseitigen Lageraufnahmen im Motorraum verwendet werden, welche für konventionelle Verbrennungsmotoren im Vorderwagen ähnlicher Fahrzeuge ohnehin vorgesehen sind.
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Die Lager sind derart ausgebildet, dass eine schwingungstechnische Entkopplung der Baueinheit von der Karosserie des Kraftfahrzeugs möglich ist.
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Nach einer anderen Ausbildung des Erfindungsgedankens ist das unterhalb der Baueinheit angeordnete Lager als Pendelstütze ausgebildet und mit einem rahmenartigen Bauteil verbunden, welches an der Karosserie befestigt ist.
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Die Pendelstütze (auch Pendelstab oder Drehmomentstab) dient dabei einer in Grenzen beweglichen Abstützung der Baueinheit gegen pendelnde Bewegungen. Diese pendelnden Bewegungen können durch Beschleunigungen bzw. Verzögerungen des Kraftfahrzeugs verursacht sein. Die Pendelstütze kann beispielsweise als stabartiges Bauteil ausgebildet sein, welches nur Kräfte in Stablängsrichtung aufnimmt.
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Auch die Pendelstütze ist ihrerseits mit dem rahmenartigen Bauteil derart verbunden, dass eine Schwingungsentkopplung von der Karosserie möglich ist. Dazu kann die Pendelstütze mit einem Ende im rahmenartigen Bauteil durch ein elastisches, bspw. gummiartiges Element aufgenommen sein.
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Das rahmenartige Bauteil ist beispielsweise als so genannter Hilfsrahmen ausbildbar. Der Hilfsrahmen dient unter anderem zur Unterstützung einer stabilen Einzelradaufhängung der Vorderräder und ist bodenseitig mit der Karosserie verschraubt.
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Für eine Optimierung der Abstützung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das unterhalb der Baueinheit angeordnete Lager, in Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen, in etwa mittig am rahmenartigen Bauteil angreift.
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Als Alternative zur eingangs erwähnten Weiterbildung der Erfindung, nämlich eine Baueinheit aus Brennstoffzellensystem und Elektromotor zu bilden, wird gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, das wenigstens eine Antriebsaggregat und die Brennstoffzelleneinheit jeweils über seitlich an diesen Baueinheiten angeordnete Lager und jeweils über wenigstens ein unterhalb dieser Baueinheiten angeordnetes Lager abzustützen.
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Auch durch diese Alternative ist eine sehr funktionsgerechte Abstützung vom Antriebsaggregat und von der Brennstoffzelleneinheit möglich.
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Das jeweils wenigstens eine unterhalb der Baueinheiten angeordnete Lager kann wiederum als Pendelstütze ausgebildet sein, mit der weiter oben beschriebenen Funktionalität.
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Auch durch diese Alternative ist eine sehr funktionsgerechte Lagerung und Abstützung sowohl des Antriebsaggregates als auch der Brennstoffzelleneinheit möglich, wenngleich der Aufwand für die Lagerung und Abstützung höher ist als bei der erstgenannten Alternative.
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Hierbei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn das wenigstens eine Antriebsaggregat über zwei unterhalb und seitlich von diesem angeordnete Lager und die Brennstoffzelleneinheit über ein unterhalb von diesem angeordnetes Lager abgestützt sind.
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Auf diese Weise ist es möglich, das Antriebsaggregat direkt unter seinem Gehäuse mit Kühlkanälen für Wasser oder dergleichen zu versehen, ohne dass diese durch die am Antriebsaggregat angreifenden Lager beschädigt werden können.
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Das wenigstens eine unterhalb von dem Antriebsaggregat angeordnete Lager (vorzugsweise als Pendelstütze ausgebildet) kann zweckmäßigerweise mit der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere mit einer Tragstruktur der Brennstoffzelleneinheit verbunden sein.
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Dies bietet den großen Vorteil, dass die ohnehin notwendige Tragstruktur der Brennstoffzelleneinheit, welche beispielsweise als quaderförmiger Rahmen oder auch als stabiles Gehäuse ausgebildet sein kann, zusätzlich als Abstützung für das wenigstens eine unterhalb von dem Antriebsaggregat angeordnete Lager dienen kann.
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Daher brauchen Anbindungspunkte an anderen Bauteilen nicht vorgesehen zu werden, was einem Gleichteilekonzept zuträglich ist und damit zu Kostenreduzierungen beiträgt.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass wenigstens eine unterhalb von dem Antriebsaggregat angeordnete Lager (vorzugsweise als Pendelstütze ausgebildet) mit einem rahmenartigen Bauteil zu verbinden, welches an der Karosserie befestigt ist. Das rahmenartige Bauteil kann beispielsweise wieder der genannte Hilfsrahmen sein.
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Schließlich kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung das wenigstens eine, unterhalb von dem Antriebsaggregat angeordnete Lager mit einem Längsträger verbunden werden, welcher frontseitig mit einem Stoßfänger und rückseitig mit einem rahmenartigen Bauteil verbunden ist, welches an der Karosserie befestigt ist. Das rahmenartige Bauteil kann auch in diesem Fall beispielsweise wieder der genannte Hilfsrahmen sein.
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Auch diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr stabile Abstützung. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Seitendarstellung,
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2 eine Darstellung gemäß Ansicht II aus 1,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitendarstellung,
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4 eine Darstellung gemäß Ansicht IV aus 3,
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitendarstellung,
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6 eine Darstellung gemäß Ansicht VI aus 5,
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Seitendarstellung und
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8 eine Darstellung gemäß Ansicht VIII aus 7.
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Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen.
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Es ist der Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs K ersichtlich.
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Das Kraftfahrzeug K ist als elektrisch frontgetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Dazu weist es in seinem Motorraum 1 unter anderem einen Koaxialantrieb 10 (Elektromotor mit koaxial angeordnetem Getriebe, nicht näher dargestellt) auf.
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Über den Koaxialantrieb 10 werden mittels Antriebswellen 14 Vorderräder 13 angetrieben.
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Zur Versorgung des Koaxialantriebs 10 mit elektrischer Energie ist im Motorraum 1 ebenfalls eine Brennstoffzelleneinheit 11 vorhanden. Die Brennstoffzelleneinheit 11 besteht aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen, welche in bekannter Weise stapelartig aneinander gefügt sind.
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Über eine integrierte Tragstruktur 110, beispielsweise in Form eines quaderartigen Rahmens oder Gehäuses wird der Brennstoffzelleneinheit 11 die nötige Stabilität verliehen.
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Im Motorraum 1 sind nur die für das Verständnis wesentlichen Bauteile dargestellt. Sonstige, für den Betrieb des Kraftfahrzeugs K notwendigen Bauteile- und Aggregate sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden. Dies gilt auch für alle folgenden Figuren.
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Wie ersichtlich, weist der Koaxialantrieb 10 eine Antriebs- bzw. Abtriebsachse A auf, welche quer zu einer Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeugs K ausgerichtet ist. Hierdurch sind deutliche Packagevorteile erzielbar.
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Der Koaxialantrieb 10 und die Brennstoffzelleneinheit 11 sind ferner seitlich über zwei starre Verbindungsplatten 12 miteinander verschraubt. Dazu weisen der Koaxialantrieb 10 und die Tragstruktur 110 der Brennstoffzelleneinheit 11 seitlich entsprechende Gewindebohrungen 100 bzw. 111 und die Verbindungsplatten 12 entsprechende Durchgangslöcher (nicht näher dargestellt) auf.
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Durch die starre Verbindung des Koaxialantriebs 10 mit der Brennstoffzelleneinheit 11 über die Verbindungsplatten 12 wird eine Baueinheit B mit neuem Schwerpunkt geschaffen.
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Dieser Schwerpunkt liegt derart, dass die Baueinheit B über seitliche Lager L1, L2 im Motorraum 1 gegen die Karosserie abgestützt werden kann.
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In Fahrtrichtung F betrachtet, ist das Lager L1 linksseitig und das Lager L2 rechtsseitig von der Baueinheit B angeordnet.
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Der Schwerpunkt der durch die Kopplung entstandenen Baueinheit B liegt nun in einem solchen Bereich, dass ein Vorderwagen mit solchen Lageraufnahmepunkten verwendet werden kann, wie es auch für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor erfolgt. Hierdurch sind erhebliche Synergieeffekte erzielbar.
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Aus den Figuren ist ferner ersichtlich, dass unterhalb der gebildeten Baueinheit B, also unterhalb der Brennstoffzelleneinheit 11 und dem Koaxialantrieb 10, eine Pendelstütze P1 vorhanden ist, welche die Baueinheit B gegen einen Hilfsrahmen H abstützt.
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Der Hilfsrahmen H ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer bodenseitigen Karosserie 15 verbunden, beispielsweise verschraubt. Er nimmt die Pendelstütze P1 über ein gestrichelt angedeutetes Dämpfungselement 16 (beispielsweise Gummielement) auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Baueinheit B schwingungsentkoppelt gegen den Hilfsrahmen H bzw. die Karosserie 15 abgestützt ist.
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Wie man der 2 entnehmen kann, ist die Pendelstütze P1, in einer Breite des Kraftfahrzeugs K gesehen, in etwa mittig zum Hilfsrahmen H und auch zur Baueinheit B angeordnet.
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Nunmehr Bezug nehmend auf die 3 und 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Darstellungen sind vergleichbar mit denen der vorherigen Figuren.
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Im Unterschied dazu sind jedoch die im Motorraum 1 gemeinsam untergebrachte Brennstoffzelleneinheit 11 und der Koaxialantrieb 10 nicht über eine Verbindungsplatte miteinander gekoppelt.
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Vielmehr sind die Brennstoffzelleneinheit 11 und der Koaxialantrieb 10 jeweils einzeln im Motorraum 1 gelagert und abgestützt.
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So ist die Brennstoffzelleneinheit 11 über ein, in Fahrtrichtung F gesehen, linksseitiges Lager L1 und ein rechtsseitiges Lager L2 abgestützt.
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Zusätzlich ist eine Pendelstütze P1 unterhalb der Brennstoffzelleneinheit 11 vorhanden, welche die Brennstoffzelleneinheit 11 wiederum gegen den Hilfsrahmen H stützt. Die Pendelstütze P1 ist wiederum über ein Dämpfungselement 16 im Hilfsrahmen H aufgenommen. Wie auch im vorherigen Ausführungsbeispiel, ist die Pendelstütze P1 in Bezug auf eine Fahrzeugbreite in etwa mittig angeordnet.
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Auch der Koaxialantrieb 10 ist über ein linksseitiges Lager L3 und über ein rechtsseitiges Lager L4 im Motorraum 1 gehalten.
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Zusätzlich ist der Koaxialantrieb 10 unten und an seinen beiden Seiten mit Pendelstützen P2 bzw. P3 in Dämpfungselementen 16 des Hilfsrahmens H aufgenommen und somit gegen diesen bzw. die Karosserie 15 abgestützt.
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In den 5 und 6 ist noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Bei diesem sind im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel die Pendelstützen P2 und P3 nicht gegen den Hilfsrahmen H, sondern gegen die Tragstruktur 110 der Brennstoffzelleneinheit 11 abgestützt.
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Dies bietet den großen Vorteil, dass wenig bzw. gar keine Änderungen am Hilfsrahmen H aus anderen Fahrzeugkonzepten vorgenommen werden müssen. Hierdurch sind somit ebenfalls Synergieeffekte erzielbar.
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Schließlich wird anhand der 7 und 8 noch ein letztes Ausführungsbeispiel erläutert. Hierbei ist im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel die Brennstoffzelleneinheit 11 mittels unterhalb dieser befindlicher Pendelstützen P4, P5 an Längsträgern 17 schwingungsentkoppelt (16) abgestützt. Die Längsträger 17 sind rückseitig mit dem Hilfsrahmen H und frontseitig mit einem Stoßfänger 18 starr verbunden.
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Die Erfindung ist nicht auf das bzw. die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Diese wurden nur zur allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung herangezogen. Die Erfindung kann im Rahmen ihres Schutzumfangs vielmehr auch andere als die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele bzw. Ausprägungen annehmen. Hierbei kann sie insbesondere auch solche Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus Einzelmerkmalen der jeweiligen Ansprüche darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorraum
- 10
- Koaxialantrieb (Elektromotor mit koaxial angeordnetem Getriebe)
- 100
- Gewindebohrungen
- 11
- Brennstoffzelleneinheit
- 110
- Integrierte Tragstruktur der Brennstoffzelleneinheit
- 111
- Gewindebohrungen
- 12
- Verbindungsplatten
- 13
- Vorderräder
- 14
- Antriebswellen
- 15
- Karosserie
- 16
- Dämpfungselement
- 17
- Längsträger
- 18
- Stoßfänger
- A
- Antriebs- bzw. Abtriebsachse
- B
- Baueinheit aus Koaxialantrieb und Brennstoffzelleneinheit
- F
- Fahrtrichtung
- H
- Hilfsrahmen
- K K
- raftfahrzeug
- L1–L4
- Lager
- P1–P5
- Pendelstützen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010011578 A1 [0002]
