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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für eine Fahrzeugachse eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen zweispurigen Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug können dessen Hinterräder mittels zumindest einer Elektromaschine angesteuert werden. Die Elektromaschine kann von einem Hinterachsträger bzw. einem heckseitigen Hilfsrahmen getragen werden, an dem seitlich die Radlenker der Radaufhängung für die Hinterräder angelenkt sind.
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Aus der
EP 2 329 980 B1 ist ein solcher gattungsgemäßer Hilfsrahmen bekannt. Dieser ist rahmenförmig aufgebaut, und zwar mit zwei in der Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandeten Hilfsrahmen-Längsträgern, die über einen vorderen Querträger und einen hinteren Querträger miteinander verbunden sind. Der Hilfsrahmen ist konstruktiv so ausgelegt, dass die Elektromaschine in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen den beiden Querträgern positioniert ist. Der Elektromaschine ist zur elektrischen Energieversorgung eine bauraumintensive Traktionsbatterie zugeordnet, die in der Fahrzeuglängsrichtung vor dem Hilfsrahmen positioniert sein kann. In diesem Fall ist die Baulänge der Traktionsbatterie in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten durch den heckseitigen Hilfsrahmen begrenzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hilfsrahmen für eine Fahrzeugachse eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen zweispurigen Kraftfahrzeuges bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik eine in der Fahrzeuglängsrichtung reduzierte Baulänge aufweist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik der heckseitige Hilfsrahmen im Hinblick auf eine betriebssichere Abstützung der Elektromaschine in der Fahrzeuglängsrichtung einen großen Bauraum einnimmt, wodurch ein für die Traktionsbatterie verfügbarer Bauraum entsprechend reduziert ist. Demgegenüber ermöglicht die Erfindung eine verkürzte Hilfsrahmen-Baulänge in der Fahrzeuglängsrichtung, wodurch der Traktionsbatterie entsprechend in der Fahrzeuglängsrichtung vergrößerbar ist. Durch die Bauraum-Reduzierung des Hilfsrahmens kann somit in einfacher Weise die Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie erhöht werden. Zur Reduzierung der Baulänge in der Fahrzeuglängsrichtung weist der Hilfsrahmen-Querträger gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zumindest zwei Quertraversen auf, zwischen denen ein Freiraum begrenzt ist. Die Elektromaschine kann in der Fahrzeuglängsrichtung mit einem Überlappmaß in den Freiraum einragen. Dadurch kann die Baulänge des Hilfsrahmens in der Fahrzeuglängsrichtung um das Überlappmaß reduziert werden.
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In einer technischen Umsetzung können die beiden Quertraversen des Querträgers in der Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet sein. Bevorzugt sind die beiden Quertraversen in etwa in Flucht übereinander angeordnet, wodurch sich ein zusätzlicher Bauraum ergibt, der teilweise von der Elektromaschine einnehmbar ist.
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Die Quertraversen und die Hilfsrahmen-Längsträger können an Eckknotenpunkten zusammenlaufen. Je nach Ausführungsform können die Eckknotenpunkte zum Beispiel separate Gussknotenteile sein oder können die Hilfsrahmen-Quer- und Längsträger ohne Zwischenschaltung solcher Gussknotenelemente unmittelbar zusammenlaufen. Im Hinblick auf einen Servicefall ist es von Vorteil, wenn die Elektromaschine in einfacher Weise demontierbar und wieder montierbar ist. Vor diesem Hintergrund kann zumindest eine der Quertraversen zum Beispiel mittels einer Schraubverbindung lösbar am Hilfsrahmen angebunden sein. Bevorzugt sind die beiden Quertraversen funktionell voneinander getrennt an voneinander separaten Anbindungsstellen am jeweiligen Eckknotenpunkt angebunden.
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Die Elektromaschine weist in an sich bekannter Weise eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Außenkontur auf, die sich wie folgt beschreiben lässt:
So verläuft die Außenkontur-Linie der Elektromaschine in der Einbaulage durch eine in der Fahrzeuglängsrichtung vordere Längs-Scheitelstelle sowie hintere Längs-Scheitelstelle. Zudem weist die Außenkontur der Elektromaschine in der Fahrzeughochrichtung eine obere Vertikal-Scheitelstelle und eine untere Vertikal-Scheitelstelle auf. Die Scheitelstellen sind jeweils über flankenförmige oder kreisbogenförmige Außenkontur-Abschnitte voneinander beabstandet.
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Im Hinblick auf eine kompakte Anordnung der Elektromaschine im Hilfsrahmen kann die Elektromaschine mit einer Längs-Scheitelstelle die Quertraversen in der Fahrzeuglängsrichtung überragen oder bündig mit den Quertraversen ausgerichtet sein. Alternativ dazu kann die Elektromaschine mit ihrer Längs-Scheitelstelle in der Fahrzeuglängsrichtung auch gegenüber den Quertraversen (in Fahrzeuglängsrichtung) nach innen zurückgesetzt sein. Zur effektiven Nutzung des Hilfsrahmen-Bauraums kann zudem die Elektromaschine mit ihrer oberen Vertikal-Scheitelstelle in der Fahrzeughochrichtung die obere Quertraverse um einen Höhenversatz nach oben überragen. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Elektromaschine mit ihrer unteren Vertikal-Scheitelstelle die untere Quertraverse um einen zweiten Höhenversatz nach unten überragen.
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In einer technischen Umsetzung kann der zweiteilige Hilfsrahmen-Querträger ein vorderer Hilfsrahmen-Querträger sein. Zusätzlich kann der Hilfsrahmen einen weiteren hinteren Hilfsrahmen-Querträger aufweisen, wobei die Elektromaschine in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem vorderen (zweiteiligen) Hilfsrahmen-Querträger und dem hinteren Hilfsrahmen-Querträger positioniert ist. Für eine Schwingungsentkopplung zwischen der Elektromaschine und dem Fahrzeugaufbau ist es von Vorteil, wenn die Elektromaschine über einen Freigang von den beiden Quertraversen des vorderen Hilfsrahmen-Querträgers sowie vom hinteren Hilfsrahmen-Querträger beabstandet sind.
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Der Hilfsrahmen ist in an sich bekannter Weise im Bereich seiner vorderen und hinteren Eckknotenpunkten mittels Hilfsrahmenlager an Karosserielängsträgern angebunden. In einer ersten Ausführungsform können die Hilfsrahmen-Längsträger kostengünstige Hohlprofilteile sein, die durch ein Innenhochdruckumformen hergestellt sind. Alternativ dazu können die Hilfsrahmen-Längsträger auch Stranggussteile sein, in denen zusätzliche Funktionen, etwa Lagerkonsolen für die Radlenker oder dergleichen, bei der Herstellung integrierbar sind.
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Der hintere Hilfsrahmen-Querträger kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante in etwa auf gleicher Höhe wie die in der Fahrzeuglängsrichtung hintere Längs-Scheitelstelle der Elektromaschine angeordnet sein und/oder einteilig zumindest aus einem Hohlprofilteil hergestellt sein.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer grob schematischen Ansicht von oben ein Hinterwagenbereich eines elektrisch betriebenen zweispurigen Kraftfahrzeugs;
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2 einen heckseitigen Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht;
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3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1;
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4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel in Ansichten entsprechend der 2 und 3.
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In der 1 ist in einer Ansicht von oben ein Hinterwagenbereich eines zweispurigen, elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges gezeigt. Die 1, wie auch die weiteren Figuren, sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau des Hilfsrahmen wiedergeben.
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In der 1 weist die Fahrzeug-Hinterachse einen heckseitigen Hilfsrahmen 1 auf, der in etwa rahmenförmig geschlossen aufgebaut ist, und zwar mit in der Fahrzeugquerrichtung y voneinander beabstandeten Hilfsrahmen-Längsträger 3 sowie mit vorderen und hinteren Querträgern 5, 7, die in der Fahrzeugquerrichtung y verlaufen und die beiden Hilfsrahmen-Längsträger an vorderen und hinteren Eckknotenpunkten E miteinander verbinden. Seitlich außen sind an den beiden Hilfsrahmen-Längsträgern 3 jeweils angedeutete Lagerkonsolen 9 ausgebildet, an denen Radlenker 11 einer Radaufhängung für die Hinterräder 13 des Kraftfahrzeuges angelenkt sind. Die beiden Hilfsrahmen-Längsträger 3 sind in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten jeweils über die Eckknotenpunkten E hinaus verlängert und endseitig mit angedeuteten Hilfsrahmenlagern 15 ausgebildet, über die der Hilfsrahmen 1 an nicht gezeigten Karosserie-Längsträgern des Kraftfahrzeugs anbindbar ist.
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In der 1 werden die Hinterräder 13 mittels einer vom Hilfsrahmen 1 getragenen (schraffiert dargestellten) Elektromaschine 17 angetrieben. Die Elektromaschine 17 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x zwischen den vorderen und hinteren Querträgern 5, 7 positioniert und weist im Querschnitt betrachtet eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Außenkontur A (3) auf. Die Elektromaschine 17 ist in der 1 über Abtriebswellen 19 trieblich mit den beiden Hinterrädern 13 verbunden. Zudem ist der Elektromaschine 17 zur Energieversorgung eine Traktionsbatterie 21 zugeordnet, die in der Fahrzeuglängsrichtung x heckseitig unmittelbar an dem Hilfsrahmen 1 angrenzt. Exemplarisch kann die Traktionsbatterie 21 unterhalb einer heckseitigen Sitzreihe des Kraftfahrzeugs positioniert sein.
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Der in den Figuren gezeigte Hilfsrahmen 1 weist in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet eine im Vergleich zum Stand der Technik reduzierte Baulänge auf, wodurch der für die Traktionsbatterie 21 verfügbare Bauraum entsprechend vergrößerbar ist. Zur Reduzierung der Hilfsrahmen-Baulänge ist der vordere Hilfsrahmen-Querträger 5 zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einer oberen Quertraverse 23 und einer unteren Quertraverse 25, die in der Fahrzeughochrichtung z im Wesentlichen in Flucht übereinander angeordnet sind und dazwischen einen Freiraum 27 (3) begrenzen.
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In der 3 ist die Außenkontur A der Elektromaschine 17 definiert durch in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten abragende Längs-Scheitelstellen SV und SH sowie mit in der Fahrzeughochrichtung z nach oben und nach unten abragende Vertikal-Scheitelstellen SO und SU definiert, die jeweils über kreisbogenförmige Außenkontur-Abschnitte um einen Winkel von 90° voneinander beabstandet sind.
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Im Hinblick auf eine kompakte Ausführung des Hilfsrahmens 1 ragt die Elektromaschine 17 mit einem Überlappmaß Δx in den Freiraum 27 hinein. Auf diese Weise kann die Hilfsrahmen-Baulänge in der Fahrzeuglängsrichtung x um das Überlappmaß Δx (3) reduziert werden. Im Gegenzug kann die Traktionsbatterie 21 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten um dieses Überlappmaß Δx vergrößert werden, wodurch deren Leistungsfähigkeit gesteigert ist.
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Damit im Servicefall eine einfache Demontage sowie erneute Montage der Elektromaschine durchführbar ist, ist zumindest eine der beiden Quertraversen 23, 25 über eine nicht dargestellte Schraubverbindung lösbar.
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Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist die Elektromaschine 17 mit ihrer vorderen Längs-Scheitelstelle SV in etwa bündig mit den beiden Quertraversen 23, 25 ausgerichtet. Zudem überragt die Elektromaschine 17 mit ihrer oberen Vertikal-Scheitelstelle SO die obere Quertraverse 23 um einen ersten Höhenversatz Δh1, während die Elektromaschine 17 mit ihrer unteren Scheitelstelle SU die untere Quertraverse 25 um einen zweiten Höhenversatz Δh2 nach unten überragt.
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Entsprechend ist in der 3 die obere Quertraverse 23 (in der Fahrzeughochrichtung z betrachtet) im Bereich zwischen der vorderen Längs-Scheitelstelle SV und der oberen Vertikal-Scheitelstelle SO positioniert, während die untere Quertraverse 25 (in der Fahrzeughochrichtung z betrachtet) zwischen der vorderen Längs-Scheitelstelle SV und der unteren Vertikal-Scheitelstelle SU höhenpositioniert ist.
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In den 3 bis 5 ist die Elektromaschine 17 mit ihrer kreisförmigen Außenkontur A in Anlage gezeigt mit den Quertraversen 23, 25 sowie dem hinteren Querträger 7. In einer technischen Umsetzung kann demgegenüber zwischen der Elektromaschine 17 und den beiden Quertraversen 23, 25 sowie den hinteren Querträger 7 ein Freigang vorgesehen sein, um eine akustische Entkopplung der Elektromaschine 17 zu erzielen.
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In den 2 und 3 sind die Hilfsrahmen-Längsträger 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel als Hohlprofilteile gefertigt, die durch ein Innenhochdruckumformen hergestellt sind. Alternativ dazu sind in den 4 und 5 die Hilfsrahmen-Längsträger 3 als Stranggussteile gefertigt, in denen in einfacher Weise zusätzliche Funktionen, wie zum Beispiel die in der 1 gezeigten Lagerkonsolen 9 integrierbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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