DE102015012539B3

DE102015012539B3 - Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015012539B3
Application number: DE102015012539.7A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Schantl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-09-25

Abstract

Hilfsrahmen (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zwei parallel voneinander beabstandete Längsträger (2), die über zumindest einen Querträger (3) miteinander verbunden sind, wobei der zumindest eine Querträger (3) als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine (4) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Hilfsrahmen.
Derartige Hilfsrahmen (auch Achsträger oder Fahrschemel genannt) dienen im Kraftfahrzeugbau der Befestigung der aufbauseitigen Anlenkpunkte einer Radaufhängung. Zusätzlich können am Hilfsrahmen auch eine (elektrische) Maschine, ein Getriebe und/oder eine Lenkung befestigt sein. Der Hilfsrahmen selbst wird seinerseits entweder starr oder elastisch an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebunden. Die DE 101 20 934 A1 zeigt einen solchen Hilfsrahmen exemplarisch.
Die DE 10 2013 007 976 A1 beschreibt einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, der zwei seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Längsträger und zumindest einen Querträger aufweist, der die beiden Längsträger miteinander verbindet, von denen jeder sowohl Anbindungsstellen zur Anbindung des Hilfsrahmens am Fahrzeugrohbau als auch Lenkerkonsolen zur Anlenkung von Radaufhängungselementen aufweist, wobei der Querträger das Gehäuse einer als Elektromotor ausgebildeten Antriebskomponente ist. Das Gehäuse des Elektromotors nimmt demnach die Funktion des Querträgers ein. Allerdings wird durch das im Vergleich zu einem herkömmlichen Querträger entsprechend größer bauende Gehäuse zusätzliches Gewicht in den Hilfsrahmen eingebracht und die Kühlung des in dem Gehäuse gelagerten Elektromotors ist aufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug mit einer vorteilhaft integrierten elektrischen Maschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10.
Ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug weist zwei parallel voneinander beabstandete Längsträger, die über zumindest einen Querträger miteinander verbunden sind, auf, wobei der zumindest eine Querträger als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine ausgebildet ist.
Indem der zumindest eine Querträger als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine ausgebildet ist, kann diese elektrische Maschine besonders platzsparend in den Hilfsrahmen integriert werden. Ein Außenläufermotor ist eine elektrische Maschine mit einem Stator, um den herum sich ein Läufer (der namensprägende Außenläufer)r) bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie dreht. Die Drehbewegung wird folglich am Läufer abgegriffen.
In einer bevorzugten Ausführung lagert zumindest einer der Längsträger eine, von einem Läufer der elektrischen Maschine antreibbare, Antriebswelle. Die Antriebswelle, manchmal auch als Gelenkwelle bezeichnet, überträgt das Drehmoment der elektrischen Maschine an die anzutreibenden Räder oder das anzutreibende Rad des Kraftfahrzeugs. Werden beide Räder von der elektrischen Maschine angetrieben, so ist ein Verteilergetriebe notwendig. Zumindest einer der Längsträger stützt die Antriebswelle ab, so dass deren Lage relativ zum Hilfsrahmen ausreichend definiert ist.
In einer bevorzugten Ausführung umschließt der zumindest eine Längsträger ein Wellenlager zur Lagerung der Antriebswelle radial. Die Antriebswelle wird bevorzugt von einem Wellenlager aufgenommen, das beispielsweise mit Wälzkörpern zur Reibungsreduzierung ausgestattet sein kann. Das Wellenlager wiederum ist in den Längsträger so eingelassen, dass dieser das Wellenlager in Umfangsrichtung, also radial, umschließt.
In einer bevorzugten Ausführung treibt der Läufer mittels eines Stirnradsatzes oder eines Zugmitteltriebs die Antriebswelle an. Dadurch kann unter anderem eine Übersetzung oder Untersetzung realisiert werden. Weiterhin können damit die Drehachse des Läufers und die Drehachse der Antriebswelle nicht koaxial angeordnet sein. Ein Zugmitteltrieb wäre beispielsweise ein Kettentrieb oder ein Riementrieb. Ein Zugmitteltrieb besitzt gegenüber einem Stirnradsatz akustische Vorteile.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Läufer auf seiner Mantelfläche mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Rippen auf. Die Rippen vergrößern die Oberfläche der Mantelfläche des Läufers und tragen so zu einer besseren Wärmeübertragung an die Umgebungsluft bei. Weiterhin erzeugt der rotierende Läufer eine Durchströmung der Rippen, was die Wärmeübertragung noch weiter verbessert.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Hilfsrahmen teilweise von einem Gehäuse eingehüllt, wobei der Läufer mindestens abschnittsweise aus dem Gehäuse heraus ragt. Das Gehäuse verbessert den Luftwiderstand des Hilfsrahmens insgesamt und schützt die Bauteile vor Schmutz und Beschädigungen. Um dennoch eine gute Kühlleistung zu erzielen, ragen die Rippen des Läufers abschnittsweise aus dem Gehäuse heraus. Durch die Drehung des Läufers beim Betrieb der elektrischen Maschine gelangt jeder Abschnitt der Rippen zyklisch mit der Umgebungsluft in Berührung. Das Gehäuse kann vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt sein.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Hilfsrahmen zwei parallel voneinander beabstandete Querträger auf, die jeweils als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine ausgebildet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführung treiben die beiden elektrischen Maschinen jeweils eine eigene Antriebswelle an. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführung lagert jeder der beiden Längsträger eine Antriebswelle. Mit zwei elektrischen Maschinen lässt sich jedes Rad des Kraftfahrzeugs einzeln antreiben und beispielsweise ein „Torque-Vectoring” realisieren. Die beiden Querträger sind so voneinander beabstandet, dass sie zusammen mit den Längsträger einen Rahmen aufspannen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine erste Ausführungsform eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug;
2 eine zweite Ausführungsform eines Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug.
Gemäß der 1 hat ein Hilfsrahmen 1 für ein Kraftfahrzeug zwei parallel voneinander beabstandete Längsträger 2, die in Einbaulage des Hilfsrahmens 1 im Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung zeigen würden. An den abgewinkelten Enden der Längsträger 2 ist jeweils eine Lagerbuchse 10 zur Aufnahme eines (nicht gezeigten) tonnenförmigen Hilfsrahmenlagers angeordnet, womit der Hilfsrahmen 1 an der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Der Hilfsrahmen 1 weist ferner zwei parallel voneinander beabstandete Querträger 3 auf, welche die gegenüberliegenden Längsträger 2 jeweils rahmenartig miteinander verbinden. Die Querträger 3 sind drehfest mit den Längsträgern 2 verbunden und jeweils als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine 4 ausgebildet. Ein Außenläufermotor umfasst im Wesentlichen einen Stator und einen Läufer 4a, der sich bei elektrischer Anregung um den Stator dreht. Jeder der beiden Läufer 4a weist auf seiner Mantelfläche eine Vielzahl umlaufender Rippen 9 auf, welche die Wärmeabgabe an die Umgebung verbessern. Jeder der Läufer 4a treibt über einen Zugmitteltrieb 7 eine eigene Antriebswelle 5 an, wobei die Antriebswellen 5 jeweils in einem der Längsträger 2 derart gelagert sind, dass die Längsträger 2 jeweils ein Wellenlager 6 radial umschließen und die Wellenlager 6 die entsprechenden Antriebswellen 5 lagern. Die Antriebswellen 5 treiben jeweils ein (nicht gezeigtes) Rad des Kraftfahrzeugs an. Die elektrischen Maschinen 4 verfügen jeweils noch über Versorgungseinrichtungen zur Zuführung elektrischer Energie und eine oder mehrere Steuereinrichtungen, die vorliegend aber nicht relevant und deshalb in den Figuren nicht gezeigt sind.
Gemäß der 2 kann der Hilfsrahmen 1 nach 1 derart abgewandelt werden, dass ein Gehäuse 8 den Hilfsrahmen 1 teilweise umgibt, also insbesondere die Längsträger 2 und die Querträger 3 teilweise einschließt. Die Lagerbuchsen 10 hingegen bleiben ausgespart. Die Läufer 4a, der als Außenläufermotormotor ausgebildeten elektrischen Maschinen 4, ragen abschnittsweise aus dem Gehäuse 8 heraus, so dass die Rippen 9 in diesem Abschnitt mit der Umgebungsluft in Kontakt kommen können. Das Gehäuse 8 verbessert insgesamt die Umströmung des Hilfsrahmens 1 und erlaubt durch die herausragenden Rippen 9 eine ausreichende Kühlung der elektrischen Maschinen 4.
Bezugszeichenliste

1: Hilfsrahmen
2: Längsträger
3: Querträger
4: elektrische Maschine
4a: Läufer
5: Antriebswelle
6: Wellenlager
7: Zugmitteltrieb
8: Gehäuse
9: Rippen
10: Lagerbuchsen

Claims

Hilfsrahmen (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zwei parallel voneinander beabstandete Längsträger (2), die über zumindest einen Querträger (3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Querträger (3) als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine (4) ausgebildet ist.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Längsträger (2) eine, von einem Läufer (4a) der elektrischen Maschine (4) antreibbare, Antriebswelle (5) lagert.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Längsträger (2) ein Wellenlager (6) zur Lagerung der Antriebswelle (5) radial umschließt.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (4a) mittels eines Stirnradsatzes oder eines Zugmitteltriebs (7) die Antriebswelle (5) antreibt.
Hilfsrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (4a) auf seiner Mantelfläche mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Rippen (9) aufweist.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen (1) teilweise von einem Gehäuse (8) eingehüllt ist, wobei der Läufer (4a) mindestens abschnittsweise aus dem Gehäuse (8) heraus ragt.
Hilfsrahmen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsrahmen (1) zwei parallel voneinander beabstandete Querträger (3) aufweist, die jeweils als Stator einer als Außenläufermotor ausgebildeten elektrischen Maschine (4) ausgebildet sind.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Maschinen (4) jeweils eine eigene Antriebswelle (5) antreiben.
Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Längsträger (2) eine Antriebswelle (5) lagert.
Kraftfahrzeug mit einem Hilfsrahmen (1) nach Anspruch 1.