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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung für die Verbindung von zwei elektrischen Antriebseinheiten einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, eine solche Antriebsvorrichtung sowie ein Verfahren für die Montage einer solchen Antriebsvorrichtung.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Antriebsvorrichtungen ausgestattet sind, um den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stellen zu können. Auch ist es bekannt, dass solche Antriebsvorrichtungen elektrische Antriebseinheiten aufweisen können. Dabei kann es sich um sogenannte elektrische Maschinen oder Elektromotoren handeln. Weiter ist es bereits bekannt, dass für jede Achse des Fahrzeugs eine separate elektrische Antriebseinheit vorgesehen ist, also sozusagen ein Allradantrieb für das Fahrzeug zur Verfügung gestellt, in dem eine vordere Antriebseinheit die Vorderachse und eine hintere Antriebseinheit die Hinterachse des Fahrzeugs antreibt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist die Lagersituation bei Antriebsvorrichtungen mit zwei oder mehr Antriebseinheiten. Bei den bekannten Lösungen sind die Antriebseinheiten an der jeweils anzutreibenden Achse mit entsprechenden Lagervorrichtungen gelagert. Mithilfe dieser Lagervorrichtungen kann das Drehmoment, welches von den jeweiligen Antriebseinheiten zur Verfügung gestellt wird, in der Karosseriestruktur des Fahrzeugs abgestützt werden. Dabei ist ein Kompromiss zu finden zwischen der ausreichenden mechanischen Stabilität der jeweiligen Lagervorrichtung und dem möglichst geringen Gewicht und Platzbedarf für eine solche Lagervorrichtung. Dieser Kompromiss zielt darauf ab, dass schwere und damit mechanisch stabile Lagervorrichtungen die Trägheit im Fahrverhalten des Fahrzeugs sowie die Reichweite von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen negativ beeinflussen. Wird jedoch die mechanische Stabilität zu weit reduziert, so führt dies zu einem verschlechterten Ansprechverhalten der Antriebseinheiten, da sich innerhalb einer zu klein dimensionierten Lagervorrichtung Verbindungskräfte ausbilden können, so dass zwischen dem Beschleunigungswunsch des Fahrers und der tatsächlichen Beschleunigung des Fahrzeugs eine zu große Zeitspanne vergeht.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise das Ansprechverhalten für die Antriebsvorrichtung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zu verbessern und dies insbesondere mit einfacher und kostengünstiger Lagerfunktionalität zur Verfügung zu stellen.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß wird eine Verbindungsvorrichtung vorgeschlagen für die Verbindung von zwei elektrischen Antriebseinheiten einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs. Eine solche Verbindungsvorrichtung weist einen Grundkörper mit einem vorderen Befestigungsabschnitt auf, zur kraftübertragenden Befestigung an einer vorderen Antriebseinheit der Antriebsvorrichtung. Weiter ist an dem Grundkörper ein hinterer Befestigungsabschnitt ausgebildet zur kraftübertragenden Befestigung an einer hinteren Antriebseinheit der Antriebsvorrichtung. Darüber hinaus weist der Grundkörper zwischen den Befestigungsabschnitten einen Profilquerschnitt auf, welcher biegesteif und torsionsweich ausgebildet ist.
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Im Kerngedanken basiert nun eine solche Verbindungsvorrichtung auf einer technischen Ausgestaltung eines Fahrzeugs mit zwei separaten elektrischen Antriebseinheiten. Bei diesen elektrischen Antriebseinheiten, welche zusammen die Antriebsvorrichtung für das Fahrzeug ausbilden, handelt es sich um eine vordere elektrische Antriebseinheit und eine hintere elektrische Antriebseinheit. Die vordere elektrische Antriebseinheit dient dabei dem elektrischen Antrieb der Vorderachse des Fahrzeugs. Die hintere elektrische Antriebseinheit dient dem elektrischen Antrieb der Hinterachse des Fahrzeugs.
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Während bei den bisher bekannten Lösungen jede separate elektrische Antriebseinheit mit einer jeweils separaten und spezifischen Lagervorrichtung eine Lagerfunktionalität ausgebildet hatte, ist nun erfindungsgemäß sozusagen eine gemeinsame Lagerung der beiden Antriebseinheiten vorgesehen. Insbesondere stützen sich die beiden Antriebseinheiten sogar gegenseitig aneinander ab. Um dies zu gewährleisten, bringt eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung im Wesentlichen zumindest zwei Befestigungsmöglichkeiten mit sich. Dabei handelt es sich um den vorderen Befestigungsabschnitt für die Befestigung einer vorderen Antriebseinheit sowie den hinteren Befestigungsabschnitt für die Befestigung an der hinteren Antriebseinheit. Zwischen diesen beiden Befestigungsabschnitten erstreckt sich der Grundkörper, welcher den Profilquerschnitt aufweist. Ein Profilquerschnitt ist dabei insbesondere in biegesteifer und torsionsweicher Weise ausgebildet.
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Unter einem biegesteifen Profilquerschnitt ist zu verstehen, dass sich der Profilquerschnitt nur gegen ein hohes Biegemoment verbiegen lässt, und ist dementsprechend gegen ein Verbiegen mechanisch stabil ausgestaltet. Eine Torsion des Profilquerschnitts ist durch die torsionsweiche Ausgestaltung jedoch denkbar. Drehmomente, welche um entsprechende Achsen quer zum Profilquerschnitt in diesen eingebracht werden, werden also durch die Biegesteifheit abgefangen bzw. abgetragen, so dass hier der Profilquerschnitt eine hohe mechanische Stabilität zum Widerstehen von solchen quer ausgerichteten Drehmomenten vorgibt. Ein Drehmoment, welches sich jedoch um die Längsachse des Grundkörpers bzw. um die Längserstreckung des Profilquerschnitts ausbildet, und damit als Torsionsmoment auf den Profilquerschnitt einwirkt, kann eine Torsion des Profilquerschnitts durchführen, da in dieser Richtung die mechanische Stabilität des Profilquerschnitts reduziert ist und dieser auf diese Weise torsionsweich ausgebildet ist.
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Befindet sich eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung in einem Fahrzeug im Einsatz, so führt dies zur nachfolgend erläuterten Kraftsituation bei der Beschleunigung des Fahrzeugs. Drehmoment, welches von der jeweiligen Antriebseinheit auf die jeweilige Achse des Fahrzeugs eingebracht werden soll, muss abgestützt werden. Die Abstützung erfolgt hier nun zumindest teilweise über die Befestigungsabschnitte an dem Grundkörper und an dem Profilquerschnitt der Verbindungsvorrichtung. Sobald das Drehmoment eine Hauptkraft in Biegerichtung des Profilquerschnitts ausübt, führt der Profilquerschnitt in seiner biegesteifen Ausführung dazu, dass er eine entsprechende Abtragung ohne große Relativverbiegung zur Verfügung stellt. Eine Torsion der Verbindungsvorrichtung durch entsprechende Torsionsmomente beim Betreiben der beiden separaten elektrischen Antriebseinheiten wird jedoch freigegeben, so dass durch die torsionsweiche Ausgestaltung zwar eine hohe mechanische Biegestabilität zur Verfügung gestellt werden kann, die gewünschte Verwindungsmöglichkeit für den Profilquerschnitt und damit eine voneinander unabhängige oder im Wesentlichen unabhängige Lagerung der beiden Antriebseinheiten ebenfalls kombinierbar wird.
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Die voranstehende Kraftsituation führt nun zu besonders langen Abstützwegen im Vergleich zu den bekannten Lösungen. Gleichzeitig kann ein besserer Kompromiss zwischen dem zu reduzierenden Gewicht und der zu maximierenden mechanischen Stabilität erzielt werden. Nicht zuletzt führt dies zu einem deutlich verbesserten Ansprechverhalten bei der Beschleunigung eines auf diese Weise ausgestatteten Fahrzeugs.
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Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Profilquerschnitt einen biegesteifen ersten Teilquerschnitt aufweist, welcher sich quer zu einer Horizontalebene des Fahrzeugs in Einbauausrichtung erstreckt. Diese Horizontalebene des Fahrzeugs kann auch als Fahrebene bezeichnet werden und wird in bekannten Fahrzeugkoordinatensystemen üblicherweise durch die x-Achse und die y-Achse aufgespannt. Dieser biegesteife erste Teilquerschnitt bringt die Biegesteifheit des Profilquerschnitts mit sich und kann zum Beispiel als Teilquerschnitt eines I-Trägers, eines T-Trägers oder eines später noch erläuterten Z-Trägers ausgebildet sein.
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Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Profilquerschnitt zumindest einen zweiten Teilquerschnitt, welcher sich entlang einer Horizontalebene des Fahrzeugs in Einbauausrichtung erstreckt, aufweist. Darunter ist zu verstehen, dass eine Stabilisation auch hier im Wesentlichen ausschließlich zur Biegesteifheit beiträgt. Stabilisierende Teilquerschnitte, welche der Torsionsweichheit entgegenstehen werden, sind auf diese Weise vermeidbar, so dass die erfindungsgemäße Kombination aus einer biegesteifen und torsionsweichen Ausgestaltung einfach, kostengünstig und mit leichtem Gewicht erzielbar wird.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Profilquerschnitt zumindest abschnittsweise Z-förmig ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform für den Profilquerschnitt, um die biegesteife und torsionsweiche Ausgestaltung zur Verfügung stellen zu können. Eine Z-förmige Ausgestaltung kann auch als doppel-Z-förmige Ausgestaltung zur Verfügung gestellt sein. Die gewünschte mechanische Stabilität wird bei Z-förmiger Ausbildung insbesondere durch besonders kompakte Bauform erzielbar.
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Weiter vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung sich der Profilquerschnitt zwischen dem vorderen Befestigungsabschnitt und dem hinteren Befestigungsabschnitt vollständig oder im Wesentlichen vollständig erstreckt. Der Profilquerschnitt bildet also quasi den Grundkörper entlang des langen Profils vollständig aus. Damit kann über den langen Profilquerschnitt zum Beispiel in Form eines Endlosprofils der Grundkörper besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Komplexität des Gesamtsystems wird auf diese Weise ebenfalls reduzierbar. Die Torsionslänge, also die Länge des Grundkörpers, um welche eine Tordierbarkeit des Grundkörpers gegeben ist, kann auf diese Weise ebenfalls kostengünstig und einfach vergrößert werden.
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Darüber hinaus bringt es Vorteile mit sich, wenn bei einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung der Grundkörper, insbesondere der Profilquerschnitt, einen Aufnahmeabschnitt für die Aufnahme, insbesondere die Führung, von Leitungsvorrichtungen aufweist. Leitungsvorrichtungen können zum Beispiel Elektroleitungen und/oder Kühlleitungen sein, welche zwischen unterschiedlichen Funktionspositionen im Fahrzeug hin- und hergeführt werden müssen. Dadurch, dass nun durch den Aufnahmeabschnitt eine zusätzliche Funktionalität in der Verbindungsvorrichtung gewährleistet wird, kann die Kompaktheit des Gesamtsystems des Fahrzeugs weiter verbessert werden. Zusätzlich gibt der Aufnahmeabschnitt und damit auch der Profilquerschnitt einen zusätzlichen Schutz für den Aufnahmeabschnitt und die darin angeordneten Leitungsvorrichtungen vor.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug. Eine solche Antriebsvorrichtung weist eine elektrische vordere Antriebseinheit zum elektrischen Antreiben einer Vorderachse des Fahrzeugs und eine elektrische hintere Antriebseinheit zum elektrischen Antreiben einer Hinterachse des Fahrzeugs auf. Weiter ist eine Verbindungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, welche über den vorderen Befestigungsabschnitt mit der vorderen Antriebseinheit kraftübertragend verbunden ist. Über den hinteren Befestigungsabschnitt ist die Verbindungsvorrichtung kraftübertragend mit der hinteren Antriebseinheit verbunden. Damit bringt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung erläutert worden sind.
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Auch ist es denkbar, dass bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sich der Grundkörper der Verbindungsvorrichtung, insbesondere der Profilquerschnitt, entlang der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt. Die Längsrichtung kann dabei auch als Fahrtrichtung des Fahrzeugs bezeichnet werden. Die Korrelation mit dieser Längsrichtung des Fahrzeugs führt zu kompakter Bauweise und erlaubt es insbesondere, dass der Grundkörper zumindest teilweise in einem Längstunnel des Fahrzeugs anordenbar wird bzw. dort angeordnet ist.
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Darüber hinaus ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Montage einer Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Montage einer vorderen Antriebseinheit in einem Fahrzeug,
- - Montage einer hinteren Antriebseinheit in einem Fahrzeug,
- - kraftübertragende Befestigung der Verbindungsvorrichtung mit der vorderen Antriebseinheit und der hinteren Antriebseinheit.
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Damit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung und mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung erläutert worden sind. Neben der Neuschaffung von Fahrzeugen kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich auch das Nachrüsten von bereits vorhandenen Fahrzeugen zu der erfindungsgemäßen Funktionalität führen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Verbindungsvorrichtung vor dem Einbau in die Antriebsvorrichtung mit wenigstens einer Leitungsvorrichtung ausgestattet wird. Dieser Schritt kann sowohl als modulare Vormontage verstanden werden, als auch als Teil einer Endmontage. So ist es denkbar, dass Teile dieser Leitungsvorrichtungen während der Vormontage als ganzer Strang bereits in einen entsprechenden Aufnahmeabschnitt eingebracht werden. Die spätere Endmontage wird damit zum einen modularisierbar und zum anderen weiter vereinfacht und auf diese Weise schneller und kostengünstiger.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer Verbindungsvorrichtung,
- 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
- 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
- 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung,
- 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und
- 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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1 zeigt schematisch, dass ein Fahrzeug 200 mit einer Vorderachse 210 und einer Hinterachse 220 ausgestattet sein kann. Für den elektrischen Antrieb der Vorderachse 210 ist hier eine vordere elektrische Antriebseinheit 110 und für den elektrischen Antrieb der Hinterachse 220 eine elektrische hintere Antriebseinheit 120 vorgesehen. Um die notwendigen Drehmomente für die Beschleunigung des Fahrzeugs 200 an der Karosserie desselben abzustützen, ist nun eine Verbindungsvorrichtung 10 in gemeinsamer Weise für beide Antriebseinheiten 110 und 120 der Antriebsvorrichtung 100 vorgesehen.
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Die Verbindungsvorrichtung 10 für die Antriebsvorrichtung 100 gemäß 1 ist mit einem Grundkörper 20 ausgestattet, welcher sich entlang der Längsrichtung LR des Fahrzeugs 200 erstreckt. Dieser Grundkörper ist an seinen beiden Enden mit einem vorderen Befestigungsabschnitt 22 und einem hinteren Befestigungsabschnitt 24 ausgestattet. Am vorderen Befestigungsabschnitt liegt eine kraftübertragende Befestigung mit der vorderen Antriebseinheit 110 und an dem hinteren Befestigungsabschnitt 24 eine kraftübertragende Befestigung mit der hinteren Antriebseinheit 120 vor. Dazwischen befindet sich ein Profilquerschnitt 30 in biegesteifer und torsionsweicher Ausgestaltungsform.
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Die 2 zeigt schematisch, auf welche Weise Biegesteifheit und Torsionsweichheit von einem Profilquerschnitt 30 der Verbindungsvorrichtung 10 beispielsweise erzielbar ist. So sind hier zweite Teilquerschnitte 34 vorgesehen, welche parallel entlang der Horizontalebene HE des Fahrzeugs 200 ausgerichtet sind. Diese beiden zweiten Teilquerschnitte 34 dienen dazu, eine Stütze und seitliche Einrahmung eines ersten biegesteifen Teilquerschnitts 32 zu gewährleisten, welcher sich quer zu dieser Horizontalebene HE erstreckt. Damit bildet sich bei der Ausführungsform der 2 ein entsprechend Z-förmiger Profilquerschnitt 30 aus.
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Die 3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten für solche Profilquerschnitte 30. In der 3 handelt es sich um einen Z-förmigen Profilquerschnitt 30. Die 4 zeigt einen sogenannten Doppel-T-Träger bzw. I-Träger als Profilquerschnitt 30. In der 5 ist ein einfacher T-Träger als Profilquerschnitt 30 dargestellt. Die 3 und 4, also in Z-Form und in Doppel-T-Form sind darüber hinaus in dem jeweiligen Profilquerschnitt 30 mit einem Aufnahmeabschnitt 36 ausgestattet. Die Z-Form gemäß 3 zeigt sogar zwei separate Aufnahmeabschnitte 36. In den jeweiligen Aufnahmeabschnitten 36 können Leitungsvorrichtungen 130 angeordnet sein, welche zum Beispiel als Kühlleitungen oder Elektroleitungen ausgebildet sind.
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Die 6 zeigt nochmals schematisch, wie sich der Grundkörper 20 zwischen dem vorderen Befestigungsabschnitt 22 und dort der vorderen Antriebseinheit 110 und dem hinteren Befestigungsabschnitt 24 und dort der hinteren Antriebseinheit 120 erstreckt. Dazwischen ist über die gesamte Länge des Grundkörpers 20 der Profilquerschnitt 30 in biegesteifer und torsionsweicher Ausgestaltung vorgesehen.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Dabei können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
