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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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Ein Beispiel für eine gattungsgemäße Antriebseinrichtung ist aus
KR 10 2014 037 356 A1 bekannt. Bei dieser ist eine Kühleinrichtung axial der Bremsscheibe und dem Radnabenmotor angeordnet, um Kühlluft axial an den Radnabenmotor weiterzuleiten. Hierzu sind in einem zentralen Abschnitt der Bremsscheibe außerhalb der eigentlichen Reibflächen Durchgangsöffnungen vorgesehen.
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Eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Radfelge mit einer Radscheibe, einen Radnabenmotor, eine Bremseinrichtung und eine Kühleinrichtung ist aus
EP 1 832 461 A1 bekannt. Weitere Antriebseinrichtungen mit Radnabenmotoren sind beispielsweise aus
DE 10 2009 030 817 A1 ,
EP 1 599 604 A1 ,
JP 2011 240 882 A ,
JP 2006 057 732 A und
JP 2020 157 837 A bekannt.
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Generell besteht bei solchen Antriebseinrichtungen mit Radnabenmotoren das Problem der Wärmeabfuhr aufgrund der sehr kompakten Bauweise aus Radnabenmotor und Bremseinrichtung.
KR 10 2014 037 356 A1 ,
EP 1 832 461 A1 und
EP 1 599 604 A1 fokussieren vor allem auf die Wärmabfuhr vom Radnabenmotor.
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Jedoch wird auch durch die Bremseinrichtung Abwärme erzeugt, die abgeleitet werden muss.
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Ein weiteres Problem stellt die Montage der Antriebseinrichtung dar, welche in der Serienfertigung effizient ausführbar sein soll. Idealerweise wird dabei angestrebt, unterschiedliche Typen von Bremseinrichtungen wahlweise verwenden zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen, welche sich als unter beiderlei Gesichtspunkten vorteilhaft erweisen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Radbremseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Hierdurch wird eine hohe Kühlleistung an der Bremseinrichtung erzielt. Dies bedeutet wiederum, dass während eines Bremsvorgangs eine große Menge an kinetischer Energie in Wärme dissipiert werden kann, somit hohe Bremsleistungen realisierbar sind.
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Zudem begünstigt die erfindungsgemäße Anordnungsstruktur eine einfache Montage an einem Kraftfahrzeug.
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Insbesondere wird hierdurch auch ein modularer Aufbau ermöglicht, welcher die Unterbringung unterschiedlicher Typen von Bremseinrichtungen zwischen der Radscheibe und dem Radnabenmotor gestattet.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So können in Hinblick auf einen einfachen sowie modularisierbaren Aufbau der Radnabenmotor einen Rotor aufweisen und die Bremseinrichtung sowie die Kühleinrichtung innerhalb des Rotors angeordnet sein.
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In einer besonderen Ausführungsart ist die Bremseinrichtung an einem Halter festgelegt, welcher seinerseits an einem Fahrzeugaufbau befestigbar ist und sich in den Rotor des Radnabenmotors hinein erstreckt. Dies ermöglicht die Anordnung der Bremseinrichtung in der Nähe der Radscheibe bzw. der Kühleinrichtung, so dass besonders hohe Kühlleistungen an der Bremseinrichtung möglich werden. Zudem bietet der Halter für die Montage Vorteile, auf welche weiter unten eingegangen wird.
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In einer Variante kann die Flügelradanordnung fest mit dem Rotor des Radnabenmotors verbunden sein. Im Fahrbetrieb wird somit bei Drehen des Rotors automatisch Kühlluft an die Bremseinrichtung geleitet.
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Vorzugsweise weist der Rotor des Radnabenmotors eine Hohlwelle auf, wobei die Flügelradanordnung eine Scheibe mit an dieser ausgebildeten Flügeln ist und diese Scheibe fest mit der Hohlwelle verbunden oder einstückig mit dieser geformt ist. Durch diese Funktionsintegration ergibt sich zu einem eine kompakte Bauweise und zum anderen ein sehr einfacher Aufbau, der sich durch geringe Herstellungskosten und eine geringe Teilevielfalt auszeichnet.
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Ferner kann zwischen dem Halter und der Scheibe ein im Wesentlichen zylindrischer Hohlraum zur Aufnahme der Bremseinrichtung gebildet sein, welcher radial durch die Innenwand des Rotors des Radnabenmotors begrenzt wird. In diesem Hohlraum können unterschiedliche Typen von Bremseinrichtungen untergebracht werden. Die Ausgestaltung des Rotors mit einer die Bremseinrichtung umgebenden Hohlwelle gestattet es, den Radnabenmotor auf die Bremseinrichtung aufzuschieben oder letztere in den Rotor einzuschieben.
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In einer Variante kann die Flügelradanordnung drehbar zu dem Rotor des Radnabenmotors gelagert sein. Hierdurch kann die erzeugte Kühlleistung vom Drehen des Rotors entkoppelt werden.
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Vorzugsweise ist die Flügelradanordnung fremdkraftbetätigt relativ zu dem Rotor des Radnabenmotors drehbar. Die Kühlleistung kann so je nach Bedarf erhöht oder verringert werden. Insbesondere ist es möglich, eine Kühlleistung für die Bremseinrichtung auch dann zu erzeugen, wenn der Rotor stillsteht. Die Fremdkraft kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch zugeführt werden. Vorzugsweise wird für die Kühleinrichtung die gleiche Fremdkraftzufuhr wie für den Radnabenmotor verwendet.
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Insbesondere kann die fremdkraftbetätigte Flügelradanordnung einen Rotor mit radial abstehenden Flügeln aufweisen, wobei der Rotor der Flügelradanordnung an einer Stütze drehbar gelagert ist, die ihrerseits an dem Rotor des Radnabenmotors befestigt oder einstückig mit diesem geformt ist, wobei ferner zwischen der Stütze und dem Halter ein im Wesentlichen zylindrischer Hohlraum zur Aufnahme der Bremseinrichtung gebildet ist, welcher radial durch die Innenwand des Rotors des Radnabenmotors begrenzt wird. Dies ermöglicht bei einfachem Aufbau eine gute Kühlluftzufuhr zur Bremseinrichtung.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung ist der Radnabenmotor mit der Kühleinrichtung für die Bremseinrichtung axial auf die Bremseinrichtung, insbesondere die am Halter befestigte Bremseinrichtung, aufschiebbar Dies erleichtert die Montage der Antriebseinrichtung erheblich.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Schnittansicht einer Antriebseinrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine weitere Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels,
- 3 eine Schnittansicht einer Antriebseinrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in
- 4 eine weitere Ansicht der Flügelradanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Das erste Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 zeigt eine Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug.
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Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine Radfelge 10 mit einer Radscheibe 11, sowie weiterhin einen Radnabenmotor 20, eine Bremseinrichtung 30 und eine Kühleinrichtung 40.
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Der Radnabenmotor 20 weist einen Stator 21 und einen Rotor 22 auf. Der Stator 21 ist an einem lediglich angedeuteten Fahrzeugaufbau 2 festgelegt, während der Rotor 22 mit der Radscheibe 11 drehfest verbunden ist.
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Vorliegend weist der Rotor 22 eine Hohlwelle 23 auf, in welcher die Bremseinrichtung 30 und die Kühleinrichtung 40 angeordnet sind.
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Die Bremseinrichtung 30 kann als Trommelbremse, als Scheibenbremse oder in sonstiger Art und Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise wirkt diese mit dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 zusammen, um an einem Kraftfahrzeug eine Bremswirkung zu erzielen.
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Zur fahrzeugseitigen Abstützung der Bremseinrichtung 30 ist ein Halter 50 vorgesehen, welcher mit einem ersten Teilabschnitt 51 fahrzeugaufbauseitig befestigbar ist und sich mit einem zweiten Teilabschnitt 52 in den Rotor 22 des Radnabenmotors 20 hinein erstreckt. Der erste Teilabschnitt 51 erstreckt sich radial über den Innendurchmesser des Rotors 22 hinaus.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilabschnitt 52 rein beispielhaft topfförmig ausgebildet, von dessen Rand, wie in 2 angedeutet, drei oder mehr Arme zur Anbindung am Fahrzeugaufbau 2 abstehen und den ersten Teilabschnitt 51 darstellen. Die Arme können beispielsweise mit Abschnitten des Fahrzeugaufbaus 2 verschraubt sein. Die Verschraubung kann dabei im Wesentlichem parallel zu einer Drehachse A der Radfelge 10 und der Radscheibe 11 erfolgen. Die Bremseinrichtung 30 kann mit einem zur Drehachse A senkrechten Bodenabschnitt des topfförmig ausgebildeten zweiten Teilabschnitts 52 verschraubt sein.
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Wie 1 entnommen werden kann, ist die Bremseinrichtung 30 in einem Hohlraum 60 zwischen der Radscheibe 11 und dem Radnabenmotor 20 angeordnet.
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Insbesondere kann die Bremseinrichtung 30 innerhalb der Hohlwelle 23 des Radnabenmotors 20 aufgenommen sein.
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Ferner kann auch die Kühleinrichtung 40 innerhalb der Hohlwelle 23 des Radnabenmotors 20 aufgenommen sein. Alternativ kann die Kühleinrichtung 40 an einem radscheibenseitigen Stirnende der Hohlwelle 23 angeordnet sein.
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Der Hohlraum 60 innerhalb des Rotors 22 kann zylindrisch ausgebildet sein. Er wird radial vorzugsweise durch die Innenwand des Rotors 22 des Radnabenmotors 20 bzw. der Hohlwelle 23 begrenzt.
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Zur Kühlung der Bremseinrichtung 30 weist die Kühleinrichtung 40 eine Flügelradanordnung 41 auf. Die Kühleinrichtung 40 und insbesondere deren Flügelradanordnung 41 ist axial zwischen der Radscheibe 11 und der Bremseinrichtung 30 angeordnet. Die Flügelradanordnung 41 ist dabei derart konfiguriert, um Kühlluft K über die Radscheibe 11 anzusaugen und axial an die Bremseinrichtung 30 weiterzuleiten.
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Wie 1 entnommen werden kann, wird hierdurch ein Kühlluftstrom erzeugt, der im Wesentlichen parallel zur Drehachse A verläuft, d.h. über Öffnungen 12 in der Radscheibe 11 eintritt und im weiteren Verlauf die Flügelradanordnung 41 und die Bremseinrichtung 30 axial durchströmt. Der Auslass der Kühlluft K kann über Ausnehmungen an dem Halter 50, beispielsweise an dem zweiten Teilabschnitt 52 und/oderzwischen den Armen des ersten Teilabschnitts 51 hindurch erfolgen. Der Auslass der Kühlluft K kann auch radial abgeleitet werden.
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Auf jeden Fall wird die Bremseinrichtung 30 einem hohen axialen Luftstrom durch den Rotor 22 hindurch ausgesetzt, welcher eine konvektive Abfuhr der beim Bremsen erzeugten Wärme ermöglicht. Hierdurch sind hohe Bremsleistungen möglich.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die Flügelradanordnung 41 fest mit dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 verbunden. Dreht sich der Radnabenmotor 20, wird automatisch über die mitdrehende Flügelradanordnung 41 Kühlluft K für die Bremseinrichtung 30 erzeugt.
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Die Flügelradanordnung 41 kann als eine Scheibe 42 mit an dieser ausgebildeten Flügeln 43 ausgeführt sein, wie dies insbesondere 2 entnommen werden kann. Die Flügel 43 sind zu einer Ebene, welche zur Drehachse A senkrecht ist, angestellt, um Luft von Seiten der Radscheibe 11 anzusaugen und in den Hohlraum 60 abzuführen. Zwischen den Flügeln 43 befinden sich entsprechende Öffnungen 44.
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Die Flügel 43 können einstückig mit der Scheibe 42 geformt oder an dieser eigens befestigt sein.
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Ferner kann die Scheibe 42 fest mit der Hohlwelle 23 verbunden oder einstückig mit dieser geformt sein.
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Weiterhin ist es möglich einzelne Flügelelemente 43 unmittelbar an der Hohlwelle 23 zu befestigen, ohne dass hierzu eine Scheibe zur Verbindung der Flügel 43 untereinander nötig wäre.
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Die vorstehend erläuterte Konfiguration der Antriebseinrichtung 1 ermöglicht es, den Radnabenmotor 20 mit der Kühleinrichtung 40 axial auf die Bremseinrichtung 30 aufzuschieben oder umgekehrt die Bremseinrichtung 30 axial in den Rotor 22, insbesondere dessen Hohlwelle 23 einzuschieben.
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Es ist ein Montageablauf möglich, bei welchem zunächst die Bremseinrichtung 30 über den Halter 50 am Fahrzeugaufbau 2 montiert wird. Anschließend wird der Radnabenmotor 20 axial aufgeschoben und am Fahrzeugaufbau 2 befestigt. Die Kühleinrichtung wird am Radnabenmotor 20 vormontiert und zusammen mit diesem befestigt. Abschließend kann die Montage der Radfelge 10 mit der Radscheibe 11 erfolgen.
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Die 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die nähere Ausgestaltung der Kühleinrichtung 40 unterscheidet. Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Kühleinrichtung 40 passiv ist, ist die Kühleinrichtung 40 des zweiten Ausführungsbeispiels aktiv ausgebildet, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.
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Die Antriebseinrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst neben einer Radfelge 10 mit einer Radscheibe11 ferner einen Radnabenmotor 20, eine Bremseinrichtung 30 und eine Kühleinrichtung 40.
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Der Radnabenmotor 20 weist einen Stator 21 und einen Rotor 22 auf. Der Stator 21 wird an einem Fahrzeugaufbau 2 befestigt, wohingegen, während der Rotor 22 mit der Radscheibe 11 drehfest verbunden wird.
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Der Rotor 22 des Radnabenmotors 20 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine Hohlwelle 23 auf, in welcher die Bremseinrichtung 30 aufgenommen ist. Ferner kann die Hohlwelle 23 auch die Kühleinrichtung 40 aufnehmen. Letztere kann jedoch auch an einer Stirnseite der Hohlwelle 23 angeordnet sein.
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Die Bremseinrichtung 30 kann wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel als Trommelbremse, als Scheibenbremse oder in sonstiger Art und Weise ausgeführt sein. Vorzugsweise wirkt diese mit dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20, insbesondere der Hohlwelle 23 zusammen, um an einem Kraftfahrzeug eine Bremswirkung zu erzielen.
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Zur fahrzeugseitigen Abstützung der Bremseinrichtung 30 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ein Halter 50 vorgesehen, welcher mit einem ersten Teilabschnitt 51 fahrzeugaufbauseitig befestigbar ist und sich mit einem zweiten Teilabschnitt 52 in den Rotor 22 des Radnabenmotors 20 hinein erstreckt.
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Der zweite Teilabschnitt 52 kann beispielsweise in der Art eines Topfes ausgebildet sein, der sich mit einem Bodenabschnitt in die Hohlwelle 23 hinein erstreckt. Der erste Teilabschnitt 51 wird durch drei oder mehr Arme gebildet, an welchen der Halter 50 mit dem Fahrzeugaufbau verschraubt wird. Die Verschraubung erfolgt vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse A der Radfelge 10 und der Radscheibe 11. Die Bremseinrichtung 30 kann mit dem Bodenabschnitt zweiten Teilabschnitts 52 verschraubt sein.
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Wie 3 entnommen werden kann, ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel innerhalb des Radnabenmotors 20 ein Hohlraum 60 vorgesehen, in welchem die Bremseinrichtung 30 angeordnet ist. Dieser Hohlraum 60 liegt zwischen der Radscheibe 11 und dem Radnabenmotor 20.
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Der Hohlraum 60 innerhalb des Rotors 22 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Er wird radial vorzugsweise durch die Innenwand des Rotors 22 des Radnabenmotors 20 bzw. die Innenwand der Hohlwelle 23 begrenzt.
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Zur Kühlung der Bremseinrichtung 30 weist die Kühleinrichtung 40 des zweiten Ausführungsbeispiels wiederum eine Flügelradanordnung 41 auf. Die Kühleinrichtung 40 und insbesondere deren Flügelradanordnung 41 ist axial zwischen der Radscheibe 11 und der Bremseinrichtung 30 angeordnet. Die Flügelradanordnung 41 ist dabei derart konfiguriert, um Kühlluft K über die Radscheibe 11 anzusaugen und axial an die Bremseinrichtung 30 weiterzuleiten.
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Wie 3 entnommen werden kann, wird durch die Kühleinrichtung 40 des zweiten Ausführungsbeispiels ein Kühlluftstrom K erzeugt, der im Wesentlichen parallel zur Drehachse A verläuft. Der Kühlluftstrom K tritt z.B. über Öffnungen 12 in der Radscheibe 11 ein und strömt im weiteren Verlauf axial durch die Flügelradanordnung 41 und die Bremseinrichtung 30 hindurch. Der Auslass der Kühlluft K kann über Ausnehmungen 53 an dem Halter 50, beispielsweise an dem zweiten Teilabschnitt 52 und/oder zwischen den Armen des ersten Teilabschnitts 51 hindurch erfolgen. Der Auslass der Kühlluft K kann auch radial abgeleitet werden.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Flügelradanordnung 41 drehbar an dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 gelagert.
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Die Flügelradanordnung 41 ist insbesondere fremdkraftbetätigt relativ zu dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 drehbar.
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Wie 3 entnommen werden kann, weist die Flügelradanordnung 41 des zweiten Ausführungsbeispiels einen eigenen Rotor 45 mit radial abstehenden Flügeln 46 auf.
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Der Rotor 45 der Flügelradanordnung 41 kann an einer Stütze 70 gelagert sein, die ihrerseits an dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 befestigt oder einstückig mit diesem geformt ist.
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Die Flügelradanordnung 40 kann ferner einen Antriebsmotor 47 aufweisen, über den der Rotor 45 der Flügelradanordnung 40 unabhängig von dem Radnabenmotor 20 in Drehung versetzt werden kann.
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Der Antriebsmotor 47 kann als Elektromotor mit entsprechenden Anschlüssen 48 ausgeführt sein, wie dies beispielhaft in 4 angedeutet ist. Der Antriebsmotor 47 kann jedoch auch hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.
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Hierdurch ist es möglich, die Bremseinrichtung 30 je nach Bedarf mit Kühlluft K zu beströmen. Durch Aktivierung der Kühleinrichtung 40 kann die Bremseinrichtung 30 einem starken axialen Luftstrom durch den Rotor 22 hindurch ausgesetzt werden, welcher eine konvektive Abfuhr der beim Bremsen erzeugten Wärme ermöglicht. Hierdurch sind hohe Bremsleistungen möglich.
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Über eine entsprechende Steuereinrichtung des Antriebsmotors 47 kann eine Anpassung der Drehzahl des Rotors 45 der Flügelradanordnung 41 und damit eine Anpassung der Kühlleistung an die jeweilige Bremssituation erfolgen.
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Ferner ist es insbesondere möglich, ein Beströmen der Bremseinrichtung 30 mit Kühlluft auch dann vorzunehmen, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
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Die Stütze 70 und dem Halter 50 begrenzen axial den im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Hohlraum 60 zur Aufnahme der Bremseinrichtung 30. Radial wird dieser durch die Innenwand des Rotors 22 bzw. der Hohlwelle 23 des Radnabenmotors 20 begrenzt.
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Weiterhin ist es auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel möglich, den Radnabenmotor 20 mit der Kühleinrichtung 40 axial auf die Bremseinrichtung 30 aufzuschieben oder umgekehrt die Bremseinrichtung 30 axial in den Rotor 22 des Radnabenmotors 20, insbesondere dessen Hohlwelle 23, einzuschieben.
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Bei der Montage der Antriebseinrichtung 1 kann zunächst die Bremseinrichtung 30 mit Hilfe des Halters 50 an dem Fahrzeugaufbau 2 montiert werden. In einem weiteren Schritt wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Radnabenmotor 20 axial über die Bremseinrichtung 30 geschoben und am Fahrzeugaufbau 2 befestigt. Der Hohlraum 60 innerhalb des Rotors gestattet die Unterbringung unterschiedlicher Typen von Bremseinrichtungen 30.
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Die Kühleinrichtung 40 kann am Radnabenmotor 20 vormontiert und zusammen mit diesem am Fahrzeugaufbau 2 befestigt werden. Abschließend kann die Radscheibe 11 an dem Rotor 22 des Radnabenmotors 20 befestigt werden.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsvarianten und weiterer Abwandlungen näher erläutert. Diese dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsvarianten beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 10
- Radfelge
- 11
- Radscheibe
- 12
- Öffnungen in der Radscheibe
- 20
- Radnabenmotor
- 21
- Stator
- 22
- Rotor
- 23
- Hohlwelle
- 30
- Bremseinrichtung
- 40
- Kühleinrichtung
- 41
- Flügelradanordnung
- 42
- Scheibe
- 43
- Flügel
- 44
- Öffnung
- 45
- Rotor
- 46
- Flügel
- 47
- Antriebsmotor
- 48
- Anschluss
- 50
- Halter
- 51
- erster Teilabschnitt
- 52
- zweiter Teilabschnitt
- 53
- Ausnehmung
- 60
- Hohlraum
- 70
- Stütze
- A
- Drehachse
- K
- Kühlluft
