DE4126311A1 - Elektrokraftwagen mit einer kompakt-antriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrokraftwagen mit einer aufladbaren Batterie, einem Elektromotor, und einem Antriebsstrang zum Übertragen eines Antriebs-Drehmoments auf mit einer Fahrbahn in Kontakt stehende Antriebsräder.

Bislang wurden die Elektrofahrzeuge eigens konzipiert. Da jedoch die Stückzahlen im Verhältnis zu herkömmlichen Verbrennungsmotor-Fahrzeugen relativ klein sind, waren die auf jedes Elektrofahrzeug anteilig entfallende Entwicklungszeit und die Entwicklungskosten relativ hoch, so daß die aus Gründen der Umweltbelastung in Ballungsgebieten gewünschte Verbreitung der Elektrofahrzeuge am hohen Stückpreis scheiterte.

Es war bereits bekannt, für den verbrennungsmotorischen Antrieb konzipierte Fahrzeuge umzubauen. Da dieser Umbau jedoch nicht im Rahmen einer Eingliederung in den normalen Fertigungsablauf, sondern als aufwendiger Kleinserien-Umbau erfolgte, erwiesen sich der Umbauaufwand und die damit verbundenen Umbaukosten ebenfalls als zu hoch.

Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Elektrokraftwagen zu schaffen, bei welchem im ungehinderten Großserien- Fertigungsprozeß eine Elektro-Antriebseinheit montierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Batterie und der Elektromotor mittels eines Rahmenteils zu einer elektrischen Kompakt-Antriebseinheit verbunden sind, die an einem vorderen Querträger und an einem hinteren Querträger abgestützt ist, wobei der Rahmenteil mit einem vorderen Ende einen unteren Bereich der Batterie zumindest teilweise umschließt und an diesem vorderen Ende mit Lagerböcken zum Befestigen an dem vorderen Querträger versehen ist, und der Rahmenteil an einem hinteren Ende den Elektromotor trägt, der an den Antriebsstrang angeschlossen ist.

Der so als elektrische Kompakt-Antriebseinheit ausgebildete elektrische Antrieb kann anstatt eines herkömmlichen Antriebsblocks mit Verbrennungsmotor, Kupplung und Wechselgetriebe im Großserien-Fertigungsprozeß montiert werden. Dadurch sind die Entwicklungskosten gering, da ein für den verbrennungsmotorischen Antrieb konzipiertes Fahrzeug, welches bereits in Großserie produziert wird, ohne wesentliche Entwicklung bzw. Sonderumbauten im Großserien-Fertigungsablauf wahlweise mit einem Elektroantrieb ausgestattet werden kann. Die Änderungen am Grundfahrzeug beschränken sich auf das Anbringen einiger Halterungen für Nebenaggregate der elektrischen Kompakt-Antriebseinheit und die Leitungsverlegung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Kompakt-Antriebseinheit derart ausgebildet, daß sie von der Unterseite des Elektrokraftwagens her im Fertigungsprozeß bei der sogenannten Hochzeit montierbar ist, d. h. bei demjenigen Fertigungsvorgang von der Unterseite her montierbar ist, bei welchem die Antriebseinheit mit dem ansonsten weitgehend fertig montierten Fahrzeug zusammengeführt und verbunden wird. Da bei der Hochzeit jeweils der zugehörige Antriebsblock mit dem entsprechenden Fahrzeug zusammengeführt wird, läßt sich wahlweise und in beliebiger Reihenfolge abwechselnd die erfindungsgemäße elektrische Kompakt- Antriebseinheit oder ein herkömmlicher Antriebsblock mit Verbrennungsmotor montieren. Es ist dabei auch möglich, die Antriebseinheit von der Oberseite des Fahrzeugs her zu montieren.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind eine Steuerung des Elektromotors und gegebenenfalls weitere Nebenaggregate am vorderen Ende des Rahmenteils angeordnet. Dadurch sind auch diese Teile Bestandteil der Kompakt- Antriebseinheit und müssen nicht einzeln am Grundfahrzeug montiert werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kompakt-Antriebseinheit zusätzlich mit einem an den Elektromotor angeflanschten Getriebe versehen, wobei eine Ausgangswelle des Getriebes an den Antriebsstrang angeschlossen ist. Das Getriebe kann beispielsweise ein Reduziergetriebe sein, aufgrund dessen ein kleiner und leichter Elektromotor verwendet werden kann, welcher bei einem kleineren Motordrehmoment durch eine hohe Motordrehzahl die erforderliche Leistung liefert. Das Reduziergetriebe reduziert die Drehzahl und erhöht das Drehmoment auf das für den Achsantrieb des Kraftwagens gewünschte Maß.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Getriebe ein Wechselgetriebe sein, welches mit einer Kupplung verbunden ist. Das Wechselgetriebe und die Kupplung können zu einer Einheit zusammengefaßt sein. Das Wechselgetriebe muß in der Regel nicht so viele Fahrstufen wie ein herkömmliches Wechselgetriebe für einen Verbrennungsmotor aufweisen, da die Drehzahl des Elektromotors in relativ weiten Grenzen variiert werden kann. Als Elektromotoren finden häufig Gleichstromnebenschlußmotoren Anwendung. Obgleich grundsätzlich kein Getriebe und keine Kupplung erforderlich sind, kann dies im Einzelnen je nach der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik des Elektromotors von Vorteil sein. Ein Wechselgetriebe kann besonders für das Anfahren in steilem Gelände sinnvoll sein.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Kompakt-Antriebseinheit an dem hinteren Querträger über das Getriebe abgestützt sein. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird das relativ steife Getriebe für die Abstützung der Kompakt-Antriebseinheit an ihrem hinteren Ende zu Nutze gemacht. Die Abstützung bzw. Lagerung erfolgt vorteilhaft durch einen von dem verbrennungsmotorischen Antrieb übernommenen Getriebequerträger. Wenn dieser Getriebequerträger aus irgendwelchen konstruktiven Gründen für den erfindungsgemäßen Elektro-Kompaktantrieb nicht übernommen werden kann und daher neu entworfen werden muß, können zumindest die ,Befestigungsgewinde am Fahrzeug unverändert beibehalten werden. Dies ist wesentlich, da Änderungen am Grundfahrzeug sehr kostenaufwendig sind, während bloße Änderungen an dem Querträger mit vergleichsweise geringerem Aufwand verwirklicht werden können.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Kompakt- Antriebseinheit an dem hinteren Querträger unmittelbar über den hinteren Rahmenteil abgestützt. Diese Ausführungsform wird zumindest dann bevorzugt, wenn kein relativ steifes Getriebe vorhanden ist, welches über den hinteren Querträger die Kompakt-Antriebseinheit abstützen kann. Anstatt des Getriebes ist es auch möglich, den Elektromotor mit Lagerböcken zu versehen, die an dem Grundfahrzeug angelenkt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Kompakt-Antriebseinheit als Front-Kompakt- Antriebseinheit ausgebildet und mit einer Gelenkwelle zum Antreiben einer Hinterachse verbunden. Damit ist die erfindungsgemäße Kompakt-Antriebseinheit besonders vorteilhaft für Heckantriebe verwendbar, bei welchen die Hinterräder des Elektrokraftwagens angetrieben werden. Jedoch ist die erfindungsgemäße Kompakt-Antriebseinheit genauso gut für einen Frontantrieb verwendbar, bei welchem die Vorderräder des Elektrokraftwagens angetrieben werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kompakt-Antriebseinheit durch Anlenken mittels Gummi- bzw. Hydrolager am Elektrokraftwagen schwingungsentkoppelt. Die Gummi- oder Hydrolager sind grundsätzlich von den verbrennungsmotorischen Antrieb übernommen, jedoch auf die Kompakt-Antriebseinheit neu abgestimmt. Vorteilhaft kann der Elektromotor über weitere Gummilager am Rahmenteil befestigt und somit doppelelastisch aufgehängt sein.

Vorzugsweise ist in Richtung Fahrzeugfront vor dem Rahmenteil ein Verformungsteil an dem Elektrokraftwagen befestigt, welcher durch einen Aufprall des Elektrokraftwagens gegen ein Hindernis gegen den Rahmenteil zum Anliegen gelangt. Der Verformungsteil kann beispielsweise ein Verbund aus zwei Querträgern sein, welche durch in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Sechskantrohre miteinander verbunden sind. Bei einem Frontalaufprall des Elektrokraftwagens verschiebt sich aufgrund der Massenträgheit die Kompakt-Antriebseinheit in Richtung Fahrzeugfront und der Verformungsteil wird von dem Aufprallhindernis nach hinten geschoben, bis der Verformungsteil und der Rahmenteil gegeneinander angepreßt werden. Der Verformungsteil kann sich dann weiter verformen und die Aufprallenergie aufnehmen, ohne daß die Kompakt- Antriebseinheit beschädigt wird. Der Verformungsteil ist am Grundfahrzeug befestigt und kann beispielsweise einen Abstand von 10 mm zum Rahmenteil haben. Bei einem Kraftwagen mit verbrennungsmotorischem Antrieb befindet sich an der Stelle, an welcher der erfindungsgemäße Verformungsteil angeordnet ist, üblicherweise ein Kühler, so daß ein derartiger Verformungsteil bei verbrennungsmotorischem Antrieb nicht vorgesehen werden kann. Die erfindungsgemäße Kompakt-Antriebseinheit bietet damit den zusätzlichen Vorteil, daß der erfindungsgemäße Verformungsteil untergebracht werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des Antriebsstrangs mit Gelenkwelle und Antriebsrädern;

Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung der mittels eines Rahmenteils zusammengefaßten elektrischen Kompakt-Antriebseinheit mit Batterie, Motor und Getriebe.

Gemäß Fig. 1 ist eine aufladbare Batterie 1, wie beispielsweise ein herkömmlicher Bleiakkumulator oder vorteilhaft eine Natrium-Schwefel-Batterie mittels eines Rahmenteils 2 mit einem Elektromotor 3 und einem daran angeflanschten Getriebe 4 zu einer Kompakt-Antriebseinheit verbunden, die anstelle eines herkömmlichen Antriebsblocks mit einem Verbrennungsmotor, Kupplung und Wechselgetriebe mit dem Antriebsstrang 5 verbunden ist, der eine Gelenkwelle 6, ein Achsgetriebe 7 und Antriebswellen 8 hat, welche die mit der Fahrbahn in Kontakt stehenden Antriebsräder 9 antreiben.

In Fig. 2 ist in vereinfachter Darstellung die Kompakt- Antriebseinheit gezeigt. Der Rahmenteil 2 hat ein vorderes Ende 10, welches die Batterie 1 gemäß dieser Ausführungsform in ihrem unteren Bereich völlig umschließt. Das vordere Ende 10 ist darüberhinaus mit Lagerböcken 11 versehen, von denen aufgrund der Perspektive nur ein Lagerbock 11 in Fig. 2 sichtbar ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Rahmenteils 2 befindet sich ein entsprechender Lagerbock 11.

Weiter ist in Fig. 2 ein hinteres Ende 12 des Rahmenteils 2 dargestellt, welches gabelartig zum Aufnehmen des Elektromotors 3 ausgebildet ist. Der Elektromotor 3 ist mit nicht dargestellten Befestigungsmitteln wie bspw. Schrauben mit dem hinteren Ende 12 des Rahmenteils 2 verbunden.

An den Elektromotor 3 ist darüberhinaus ein Getriebe 4 mittels eines Flansches 13 angeflanscht, welches entsprechend der steuerbaren Ausgangsdrehzahl des Elektromotors 3 und der Übersetzung des Achsgetriebes 7 ausgelegt ist. Falls dies aufgrund der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik der speziellen Ausführung des Elektromotors 3 erforderlich sein sollte, kann anstatt eines Getriebes 4 auch eine aus Wechselgetriebe und Kupplung bestehende Einheit an den Elektromotor angeflanscht sein. Hier eignet sich beispielsweise eine Einheit mit einer Kupplung und einem 2-Gang-Stufengetriebe.

Mit einem weiteren Flansch 14 ist eine Gelenkwelle 6 mit Kardangelenken 15 und 16 an den Ausgang des Elektromotors 3 bzw. des Getriebes 4 bzw. der Einheit aus Kupplung und Wechselgetriebe angeschlossen. Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, führt die Gelenkwelle 6 wie weiter oben bereits erwähnt zu der Hinterachse des Elektrokraftwagens, wodurch über das Kardangelenk 16, das Achsgetriebe 7 und die Antriebswellen 8 die Antriebsräder 9 angetrieben werden.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Kompakt-Antriebseinheit über den Rahmenteil 2 mittels der Lagerböcke 11 auf dem Vorderachsträger 17 des Elektrokraftwagens abgestützt. Darüberhinaus ist die Kompakt-Antriebseinheit über das Getriebe 4 an einem Getriebequerträger 18 abgestützt. Zu diesem Zweck ist das Getriebe 4 mit Lagerböcken 19 versehen, welche über Hydrolager oder Gummilager an das Grundfahrzeug angelenkt sind. Der Vorderachsträger 17, der Getriebequerträger 18 und der gesamte Antriebsstrang 5 können identisch sein einem parallelen Verbrennungsmotor-Fahrzeug mit einem herkömmlichen Antriebsblock aus Verbrennungsmotor, Kupplung und Getriebe, so daß anstatt des herkömmlichen Antriebsblocks die elektrische Kompakt-Antriebseinheit montiert werden kann, ohne daß wesentliche Umbauten an dem Fahrzeug erforderlich sind.

In Richtung Fahrzeugfront vor dem Rahmenteil 2 ist ein Verformungsteil 20 an dem Elektrokraftwagen befestigt, welcher durch einen Aufprall des Elektrokraftwagens gegen den Rahmenteil 2 zum Anliegen gelangt. Der Verformungsteil 20 kann beispielsweise ein Verbund aus zwei Querträgern 21 und 22 sein, welche durch in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Sechskantrohre 23 miteinander verbunden sind. Bei einem Frontalaufprall des Elektrokraftwagens verschiebt sich aufgrund der Massenträgheit die Kompakt-Antriebseinheit in Richtung Fahrzeugfront und der Verformungsteil 20 wird von dem Aufprallhindernis nach hinten geschoben, bis der Verformungsteil 20 und der Rahmenteil gegeneinander angepreßt werden. Der Verformungsteil 20 ist am Grundfahrzeug über die Verformungsteil-Lagerböcke 24 befestigt und kann vor dem Aufprall beispielsweise einen Abstand von 10 mm zum Rahmenteil 2 haben.

Claims (13)

1. Elektrokraftwagen mit einer aufladbaren Batterie, einem Elektromotor, und einem Antriebsstrang zum Übertragen eines Antriebs-Drehmoments auf mit einer Fahrbahn in Kontakt stehende Antriebsräder, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (1) und der Elektromotor (3) mittels eines Rahmenteils (2) zu einer elektrischen Kompakt- Antriebseinheit verbunden sind, die an einem vorderen Querträger (17) und an einem hinteren Querträger (18) abgestützt ist, wobei der Rahmenteil (2) mit einem vorderen Ende (10) einen unteren Bereich der Batterie (1) zumindest teilweise umschließt und an diesem vorderen Ende (10) mit Lagerböcken (11) zum Befestigen an dem vorderen Querträger (17) versehen ist, und der Rahmenteil (2) an einem hinteren Ende (12) den Elektromotor (3) trägt, der an den Antriebsstrang (5) angeschlossen ist.

2. Elektrokraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung des Elektromotors (3) am ersten Ende (10) des Rahmenteils (2) unterhalb der Batterie (1) angeordnet ist.

3. Elektrokraftwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakt-Antriebseinheit zusätzlich mit einem an den Elektromotor (3) angeflanschten Getriebe (4) versehen ist, wobei eine Ausgangswelle des Getriebes (4) an den Antriebsstrang (5) angeschlossen ist.

4. Elektrokraftwagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (4) ein Wechselgetriebe ist, welches mit einer Kupplung verbunden ist.

5. Elektrokraftwagen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakt-Antriebseinheit an dem hinteren Querträger (18) über das Getriebe (4) abgestützt ist.

6. Elektrokraftwagen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakt-Antriebseinheit an dem hinteren Querträger (18) unmittelbar über den hinteren Rahmenteil (12) abgestützt ist.

7. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kompakt- Antriebseinheit als Front-Kompakt-Antriebseinheit ausgebildet ist und mit einer Gelenkwelle (6) zum Antreiben einer Hinterachse verbunden ist.

8. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kompakt- Antriebseinheit derart ausgebildet ist, daß sie von der Unterseite des Elektrokraftwagens her im Fertigungsprozeß bei der sogenannten Hochzeit montierbar ist.

9. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kompakt- Antriebseinheit derart ausgebildet ist, daß sie anstelle eines herkömmlichen Antriebsblocks aus Verbrennungsmotor, Kupplung und Wechselgetriebe in ein herkömmliches Verbrennungsmotor-Fahrzeug unter Verwendung von dessen Befestigungseinrichtungen montierbar ist, wobei der Elektromotor (3) mit dem Antriebsstrang (5) des herkömmlichen Verbrennungsmotor-Fahrzeugs verbindbar ist.

10. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakt-Antriebseinheit die Vorderräder des Elektrokraftwagens antreibt.

11. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompakt-Antriebseinheit durch Anlenken mittels Gummi- bzw. Hydrolager am Elektrokraftwagen schwingungsentkoppelt ist.

12. Elektrokraftwagen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) über weitere Gummilager am Rahmenteil (2) befestigt und somit doppelelastisch aufgehängt ist.

13. Elektrokraftwagen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung Fahrzeugfront vor dem Rahmenteil (2) ein Verformungsteil (20) an dem Elektrokraftwagen befestigt ist, welcher durch einen Aufprall des Elektrokraftwagens gegen den Rahmenteil (2) zum Anliegen gelangt.