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Die
Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1, der bevorzugt bei einem Kraftfahrzeug, beispielsweise
einem Personenkraftfahrzeug, Nutzfahrzeug oder Bus, realisiert ist.
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Die
gattungsgemäßen
US 20080053719 A1 und
US 20080070736 A1 beschreiben
eine in einer Radfelge angeordnete Kombination aus einer elektrischer
Maschine, im Weiteren E-Maschine genannt, und einem Scheibenbremssystem.
Das Scheibenbremssystem liegt in axialer Richtung zwischen Radfelge
und E-Maschine. Der Bremssattel des Scheibenbremssystems wird axial
versetzt am Statorgehäuse der E-Maschine befestigt. Das
Statorgehäuse übernimmt dabei eine Teilfunktion
des Bremssattels. An ihm wird eine Seite der Bremsbeläge
angebracht. Die andere Seite des Bremssattels, die ebenfalls mit Bremsbelägen
ausgestattet ist, wird dann am Statorgehäuse befestigt.
Um die axiale Baugröße dieser Anordnung möglichst
gering zu halten, ist der Bremssattel sehr klein dimensioniert.
Dadurch besitzt das Scheibenbremssystem eine im Vergleich zu heutigen Fahrzeugen
geringe Bremsleistung und ist daher nur für kleine und
leichte Fahrzeuge einsetzbar. Zusätzlich sind durch die
Aufteilung der Bremsfunktion auf Statorgehäuse und den
Bremssattel selbst keine heute üblichen Bremssättel
einsetzbar.
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Die
JP 2006199107 A1 beschreibt
ebenfalls eine Kombination aus E-Maschine und Scheibenbremssystem,
angeordnet in einer Radfelge. Hier ist die E-Maschine als sog. „Außenläufer” ausgeführt.
D. h. der mit der Radfelge verbundene drehbar gelagerte Rotor der
E-Maschine rotiert radial außen um einen drehfest am Fahrzeug
befestigten Stator der E-Maschine. Das Scheibenbremssystem ist radial
innerhalb der E-Maschine angeordnet. Dabei ist die Bremsscheibe
zusammen mit Rotor und Radfelge an einer drehbar gelagerten Radnabe
befestigt. Die Bremsscheibe befindet sich in axialer Richtung direkt an
der Radnabe, danach folgen der Rotor und dann die Radfelge. Der
Bremssattel ist mit dem Stator verbunden und damit drehfest mit
dem Fahrzeug. Das Bremssystem muss aufgrund seiner Lage radial innerhalb
der E-Maschine relativ klein ausgeführt werden und kann
so nur eine relativ kleine Bremsleistung zur Verfügung
stellen. Will man die radialen Dimensionen des Bremssystems und
damit seine Bremsleistung erhöhen, so muss auch die E-Maschine
entsprechend mitwachsen, was sich direkt auf die Radfelgengröße
auswirkt. Dadurch ergibt sich eine Einschränkung des Konzeptes,
da es aufgrund der vorherrschenden Beschränkungen im Radkasten
nicht mehr in allen Fahrzeugklassen eingesetzt werden kann. Hinzu
kommt, dass durch die beschriebene Anordnung ein Wechsel der Bremsscheibe
oder ein Austausch der Bremsbeläge mit großem
Aufwand verbunden ist, da der Bremssattel nicht in axialer Richtung
abgezogen werden kann. Daher muss ein zweiteiliger Bremssattel verwendet
werden, der aufwendiger gestaltet ist und so in heutigen Fahrzeugkonzepten
nicht eingesetzt wird. Einen prinzipiell gleichen Aufbau zeigen
EP 1547844 A1 ,
sowie
JP 2007253687
A1 ,
EP 1380459
A1 und
JP 2005289322
A1 , wobei zuletzt genannte noch den weiteren Nachteil aufweisen,
dass bei einem Felgenwechsel Teile der E-Maschine demontiert werden müssen,
was den Aufwand erheblich erhöht und bei einem Reifenschaden
auf der Straße zu größeren Problemen
führen kann. Allen diesen Ausführungen ist gemeinsam,
dass die Dichtringe der E-Maschine gegenüber ihrer Umgebung
aufgrund der Scheibenbremslage radial innerhalb der E-Maschine einen großen
Durchmesser aufweisen und so große Reibungsverluste und
gleichzeitig Drehzahleinschränkungen verursachen.
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Die
JP 2005073364 A1 beschreibt
eine weitere Variante bei der Kombination aus E-Maschine und Scheibenbremssystem
in einer Radfelge. Hier wird eine E-Maschine in sog. „Innenläuferbauform”, d.
h. ein Rotor dreht sich radial innerhalb eines Stators, verwendet.
Die Bremsscheibe des Scheibenbremssystems liegt in axialer Richtung
zwischen Radfelge und E-Maschine. Im Unterschied zu
US 20080053719 A1 ist
der Bremssattel radial außerhalb der E-Maschine angeordnet.
Der Bremssattel ist dabei am Statorgehäuse befestigt. Durch
die Anordnung des Bremssattels radial außerhalb der E-Maschine,
ist der Durchmesser der E-Maschine stark eingeschränkt.
Dadurch kann nur eine E-Maschine mit relativ kleiner Leistung eingesetzt
werden. Will man eine E-Maschine mit größerer
Leistung verwenden, so wirkt sich dies direkt entweder auf die axiale Baugröße
oder auf die Größe der Radfelge aus. Dadurch ist
dieses Konzept ebenfalls nicht uneingeschränkt für
mehrere Fahrzeugklassen verwendbar. Es besteht auch die Möglichkeit,
eine E-Maschine in Kombination mit einem Getriebe einzusetzen, wodurch
aber ebenfalls die axiale Baugröße anwächst. Die
JP 2007223430 A1 ,
EP 1667858 A1 ,
US 20080035407 A1 ,
US 20080093133 A1 ,
JP 2005324722 A1 und
EP 1547843 B1 beschreiben
im Prinzip gleiche oder ähnliche Konzepte.
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Allen
beschrieben Konzepten ist gemeinsam, dass die Kombination einer
leistungs- und drehmomentstarken E-Maschine und einer leistungsstarken
Scheibenbremsanlage zwangsläufig zu einer großen
axialen oder radialen Baugröße, und damit zu axialen
Platzproblemen im Radhaus oder zu einer großen Radfelge
führt, was wiederum Platzprobleme im Radhaus in radialer
Richtung bewirkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Radnabenantrieb für
ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem Scheibenbremssystem,
die beide radial innerhalb einer Felge angeordnet sind, vorzuschlagen,
bei dem sowohl die E-Maschine als auch das Scheibenbremssystem in
gewünschter Leistung eingesetzt werden können.
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Die
Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Radnabenantrieb
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß weist
ein Stator der elektrischen Maschine eine Aussparung auf, wobei ein
Bremssattel des Scheibenbremssystems in dieser Aussparung angeordnet
ist.
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Der
Stator der E-Maschine ist drehfest am Radträger (auch Achsschenkel)
des Fahrzeugs befestigt oder bildet mit diesem eine Funktionseinheit. Der
Radträger ist über mindestens einen Fahrwerkslenker
mit dem Fahrzeug verbunden. Im Radträger drehbar gelagert
befindet sich eine Radnabe (auch Wellenzapfen). Der Rotor, die Bremsscheibe
und die Radfelge sind mit dieser drehbar gelagerten Radnabe drehfest
verbunden. Der Stator der E-Maschine ist so geartet, dass er den
Rotor umschließt. Dadurch wird gewährleistet,
dass keine Verunreinigungen in die E-Maschine eindringen können.
Der Stator hat an einem Teil seines Umfangs eine Aussparung, die
derart ausgestaltet ist, dass dort genau der verwendete Bremssattel
des Scheibenbremssystems Platz findet. Der Bremssattel und der Rotor
können somit axial überlappend angeordnet werden.
Der Bremssattel wird dort drehfest am Statorträger befestigt.
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Durch
die Anordnung des Bremssattels in der Aussparung der segmentierten
E-Maschine ist der Bremssattel annähernd auf axial gleicher
Höhe wie die E-Maschine installierbar. Dadurch wird eine besonders
geringe axiale Baugröße erreicht, bei gleichzeitiger
Installation eines Scheibenbremssystems mit ausreichend großer
Dimensionierung in radialer Richtung und damit großer Leistung.
Ebenso wird durch diese Anordnung ermöglicht, dass die E-Maschine
in ihrer radialen Dimension wiederum unabhängig von der
Lage des Bremssattels ist. Dadurch kann auch die E-Maschine in radialer
Richtung ausreichend groß dimensioniert werden – und
damit eine großes Drehmoment und eine große Leistung zur
Verfügung stellen –, ohne dass dies eine unnötige Vergrößerung
der Radfelge zur Folge hat. Damit ermöglicht die vorliegende
Erfindung eine Kombination aus leistungs- und drehmomentstarker
E-Maschine und leistungsstarkem Scheibenbremssystem bei gleichzeitiger
geringer axialer und radialer Baugröße. Ebenso
kann durch diese Kombination auf ein Getriebe in der Radfelge verzichtet
werden, was unter anderem eine geringere Systemkomplexität,
ein niedrigeres Geräuschniveau, einen verminderten Kühlungsaufwand
und eine höhere Systemstabilität zur Folge hat.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt das Scheibenbremssystem
innerhalb der Felge in axialer Richtung auf der der Fahrzeugmitte zugewandten
Seite des Radträgers. Durch diese Anordnung kann die E-Maschine
und somit auch der Radträger besonders weit in die Radfelge
hinein gesetzt werden – in direkter Nähe zum Felgenstern.
Dadurch wird ermöglicht, dass die Lenkeranbindungspunkte,
die den Radträger mit den Fahrwerkslenkern verbinden, ebenfalls
in axialer Richtung möglichst weit in der Radfelge platziert
werden können. Dies hat zur Folge, dass der Störkrafthebelarm,
der durch die Lage der Lenkerpunkte im Verhältnis zum Radaufstandspunkt
auf der Straße definiert wird, sehr gering gehalten werden
kann, was sich positiv auf die im Fahrwerk auftretenden Kräfte
und auf die Fahrsicherheit auswirkt. Besonders vorteilhaft ist,
dass durch die Lage der Lenkerpunkte bei der E-Maschine keine Einschränkungen
der radialen Dimensionierung auftreten. Die radiale Ausdehnung der
Bremsscheibe wird in Abhängigkeit von der Größe
der Radfelge gewählt, da sie die Lage der Fahrwerkslenker, die
von der Fahrzeugseite her über die Bremsscheibe an die
Lenkerpunkte des Radträgers geführt werden, beeinflusst.
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Bevorzugt
wird der Radträger durch das Statorgehäuse gebildet.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die E-Maschine als Scheibenläufer
ausgebildet, wodurch der Effekt einer idealen Lage der Lenkeranbindungspunkte
besonders groß ist, da ein Scheibenläufer die axiale
Gesamtlänge der E-Maschine im Vergleich zu anderen E-Maschinen-Bauarten
nochmals reduziert und so die Lenkeranbindungspunkte besonders weit in
der Radschüssel positioniert werden können.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt das
Scheibenbremssystem innerhalb der Felge in axialer Richtung auf
der der Fahrzeugmitte abgewandten Seite des Radträgers.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die radiale Größe der
Bremsscheibe des Scheibenbremssystems keinen Einfluss auf die Lage
der Fahrwerkslenker hat. Dadurch kann die Bremsscheibe in radialer
Richtung sehr groß dimensioniert werden, ohne dass die
Fahrwerkslenker in radialer Richtung nach außen wandern
und damit eine größere Radfelge verursachen. Auch
in dieser Weiterbildung kann die E-Maschine bevorzugt als Scheibenläufer
ausgeführt werden, wobei auch hier der Scheibenläufer
durch seine im Vergleich zum Innenläufer geringere axiale
Ausdehnung einen noch größeren Vorteil hinsichtlich
der Lage der Lenkeranbindungspunkte und hinsichtlich der gesamten
axialen Baugröße bringt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die E-Maschine als Doppel-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet, wodurch sich das Drehmoment der E-Maschine gegenüber
einer Ausführung mit nur einem Stator nochmals steigern
lässt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist die E-Maschine als Single-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet, wodurch sich eine geringere axiale Baugröße erreichen
lässt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung
hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
in den Figuren vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen
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1 einen
ersten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs mit einer als Innenläufer ausgeführten
elektrischen Maschine, die relativ zum Scheibenbremssystem fahrzeugaußen, also
axial zwischen Bremsscheibe und Felge angeordnet ist,
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2 einen
zweiten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine als Doppel-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet ist,
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3 einen
dritten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine als Single-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet ist,
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4 einen
vierten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, bei der der Rotor
direkt in die Felge integriert ist,
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5 den
vierten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb in einer
Querschnittsdarstellung,
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6 einen
fünften erfindungsgemäßen Radnabenantrieb
eines Kraftfahrzeugs mit einer als Innenläufer ausgeführten
elektrischen Maschine, die relativ zum Scheibenbremssystem fahrzeuginnen angeordnet
ist, die Bremsscheibe ist also axial zwischen Felge und elektrischer
Maschine angeordnet,
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7 einen
sechsten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine als Doppel-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet ist, und
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8 einen
siebten erfindungsgemäßen Radnabenantrieb eines
Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine als Single-Stator-Scheibenläufer
ausgebildet ist.
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1 zeigt
eine mittig entlang einer Radachse A geschnittene Ausgestaltung
der Erfindung. Eine E-Maschine 10 ist koaxial zur Radachse
A angeordnet. Die E-Maschine 10 ist in Innenläuferbauform ausgeführt,
d. h. ein Rotor 15 der E-Maschine 10 dreht sich
koaxial zur Radachse A radial innerhalb eines Stators 11 der
E-Maschine 10. Der nicht drehbare Stator 11 ist über
ein Radlagerpaar 20 mit der Radnabe 2 verbunden,
so dass sich die Radnabe 2 koaxial zur Radachse A frei
drehen kann.
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Der
Stator 11 besteht aus einem Statorgehäuse 12,
das zugleich den Radträger darstellt, und Statorwicklungen 13. Über
Lenkerpunkte 3 und 4 ist das Statorgehäuse 12 bzw.
der Radträger mit Fahrwerkslenkern 5 und 6 verbunden.
Die Fahrwerkslenker 5 und 6 sind über
weitere nicht abgebildete Gelenkpunkte mit dem ebenfalls nicht abgebildeten Fahrzeug
verbunden. Das Radlagerpaar 20 besteht aus zwei einzelnen
Lagern 21 und 22.
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Der
Rotor 15 der E-Maschine 10, Permanentmagneten 16 und
eine Rotorabstützung 17 umfassend, ist drehfest
mit der Radnabe 2 verbunden. An der Außenseite,
d. h. der der Fahrzeugmitte abgewandten Seite der Radnabe 2 wird
eine Felge 1 drehfest angeschraubt. Dies geschieht üblicherweise über
drei bis fünf Schrauben, die auf einem koaxial zur Radachse
A liegenden Kreis in gleichen Abständen angeordnet sind.
Somit ist ein einfacher Felgenwechsel möglich, ohne Teile
der E-Maschine 10 oder die gesamte E-Maschine 10 demontieren
zu müssen.
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Ein
eingesetztes Scheibenbremssystem 30 besteht aus einer Scheibenbremse 31 und
einem Bremssattel 32. An der Innenseite, d. h. der der
Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Radnabe 2 wird über
einen Verbindungsflansch 33 die Bremsscheibe 31 angeschraubt.
Auch hier können die gängigen Methoden bei der
Befestigung einer Bremsscheibe an einer Radnabe angewendet werden – üblicherweise
ebenfalls über drei bis fünf koaxial zur Radachse A
auf einem Lochkreis im gleichen Abstand angeordnete Schrauben. Der
von der Radnabe 2 trennbare Verbindungsflansch 33 ermöglicht
eine einfache Montage der Radlager 21 und 22,
des Stators 11 sowie des Rotors 15.
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Der
Stator 11 besitzt an einem Teil seines Umfangs eine durch
eine gestrichelte Ellipse dargestellte Aussparung 18, die
so gestaltet ist, dass der Bremssattel 32 dort platziert
werden kann.
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Der
Bremssattel 32 des Scheibenbremssystems 30 wird
hierfür am segmentierten Stator 11 in der Aussparung 18 der
segmentierten E-Maschine 10 befestigt.
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Die
Aussparung 18 ist zur besseren Darstellung in 1 in
die Schnittebene projiziert worden. Unter Aussparung ist also der
räumliche Bereich zu verstehen, in dem ein bezüglich
seines Umfangs durchgängiger Stator angeordnet wäre.
Zur Verdeutlichung der Aussparung 18 wird für
alle Ausführungsbeispiele auf die Querschnittsdarstellung
der 5
verwiesen, die das Ausführungsbeispiel
nach 4 zeigt. Der Stator 11 bildet eine vorteilhafte
Aussparung 18, wenn er entlang seines Umfangs eine in axialer
Richtung, vollständige Unterbrechung aufweist, also keinen
Teil aufweist, der einen vollständigen Kreisumfang aufweist.
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Blickt
man von der Seite frontal auf die Felge, so liegt die Aussparung 18 bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung auf der vertikalen Höhe
der Radachse A seitlich in Fahrtrichtung oder auf der der Fahrtrichtung
entgegen gesetzten Seite, also mit Blick auf ein Ziffernblatt einer
Uhr auf 3 Uhr bzw. 9 Uhr. Dadurch wird eine vorteilhafte Bremssattellage
erreicht, die nicht mit den Fahrwerkslenkern oder anderen Elementen
des Fahrwerks wie Lenkstange oder Spurstange kollidiert und diese
somit auch nicht in ihrer Ausgestaltung einschränkt. Zudem
ist eine einfache Demontage des Bremssattels 32 sichergestellt,
da dieser in axialer Richtung abgezogen werden kann. Um die Aussparung 18 zu
realisieren ist vorteilhaft, an dieser Stelle des Stators 11 mindestens
einen Zahn der Statorwicklung 13 entfernt, um so Platz
für den Bremssattel 32 zu schaffen.
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Das
Statorgehäuse 12 bleibt dabei in sich geschlossen
und Dichtringe 41 und 42 eines Dichtungspaares 40 schließen
einen kreisrunden Öffnungsspalt zwischen der Radnabe 2 und
dem Stator 11 staubdicht ab, um die E-Maschine 10 vor
Schmutzeintritt zu schützen und so eine optimale Funktionalität
zu gewährleisten. Durch die direkte Anbindung des Rotors 15 auf
der mittigen Radnabe 2 kann der Durchmesser der Dichtringe 41 und 42 gering
gewählt werden, so dass der Reibungsverlust ebenfalls sehr
gering ausfällt. Damit ist gewährleistet, dass
der hohe Wirkungsgrad der E-Maschine 10 nicht durch hohe
Reibungsverluste gemindert wird.
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2 zeigt
eine ebenfalls mittig entlang einer Radachse A geschnittene Ausgestaltung
der Erfindung, die der in 1 prinzipiell ähnlich
ist. Im Gegensatz zu 1 ist die E-Maschine 10 allerdings
in Scheibenläuferbauform ausgeführt, d. h. der
Rotor 15 der E-Maschine 10 – bestehend
aus Permanentmagneten 16 und Rotorabstützung 17 – dreht
sich koaxial zur Radachse A axial neben den Statorwicklungen 13a und 13b des
Stators 11 der E-Maschine 10. Des Weiteren ist
der in 2 gezeigte Scheibenläufer ein so genannter
Doppel-Stator-Scheibenläufer, d. h. der Rotor 15 wird
im Bereich seiner Permanentmagnete 16 von beiden Seiten
von den Statorwicklungen 13a und 13b des Stators 11 begrenzt.
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Durch
die Ausführung als Doppel-Stator-Scheibenläufer
lässt sich das Drehmoment der E-Maschine 10 gegenüber
einer Ausführung mit nur einem Stator nochmals steigern.
Gleichzeitig wirkt sich dies aber natürlich auf die axiale
Baugröße der E-Maschine aus. Die in 2 gezeigte
Ausgestaltung eines Doppel-Stator-Scheibenläufers besitzt Statorwicklungen
auf beiden Seiten des Rotors. Um auch hier eine Aussparung für
den Bremssattel zu erzeugen, wird auf einer Seite des Stators mindestens ein
Zahn der Statorwicklungen 13b entfernt. Die Aussparung 18 ist
in 2 zur besseren Darstellung ebenfalls in die Schnittebene
projiziert worden und durch eine gestrichelte Ellipse visualisiert. Üblicherweise
liegt die Aussparung 18 auf der vertikalen Höhe
der Radachse A seitlich in Fahrtrichtung oder auf der Fahrtrichtung
entgegen gesetzten Seite, also mit Blick auf ein Ziffernblatt einer
Uhr auf 3 Uhr bzw. 9 Uhr, um auch hier für den Bremssattel 32 und
die restlichen Komponenten des Fahrwerks einen großen Bauraum
zu schaffen.
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Weitere
Komponenten der Ausgestaltung gemäß 2 wie
Felge 1, Radnabe 2, Lenkerpunkte 3 und 4,
Fahrwerkslenker 5 und 6, Radlagerpaar 20 – bestehend
aus den Radlagern 21 und 22 –, Scheibenbremssystem 30 – bestehend
aus Bremsscheibe 31, Bremssattel 32 –,
Verbindungsflansch 33 und Dichtungspaar 40 – bestehend
aus den Dichtringen 41 und 42 – entsprechen
prinzipiell denen in 1 oder sind diesen ähnlich.
Diese sind grafisch gleich dargestellt und aus Übersichtlichkeitsgründen
nicht nochmals beziffert. Dies gilt auch für die weiteren
Figuren, bei denen sich die Beschreibung auf die Unterschiede fokussiert.
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3 zeigt
eine ebenfalls mittig entlang einer Radachse A geschnittene Ausgestaltung
der Erfindung, die der gezeigten Ausgestaltung in 2 sehr ähnlich
ist. Auch hier wird eine E-Maschine 10 – bestehend
aus Stator 11 und Rotor 15 – in Scheibenläuferbauform
verwendet. Allerdings ist die hier eingesetzte E-Maschine 10 ein
Single-Stator-Scheibenläufer, d. h. die Statorwicklungen 13 des
Stators 11 befinden sich nur auf einer Seite des Rotors 15.
Um eine vorteilhafte Aussparung 18 für den Bremssattel 32 zu
erreichen, sind die Statorwicklungen 13 axial neben dem
Rotor auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite angeordnet. So
wird eine Anordnung erreicht, die eine besonders geringe axiale
Baugröße aufweist. Im Vergleich zu 2 kann
durch die Single-Stator-Ausführung hier insgesamt eine
geringere axiale Baugröße erzielt werden. Allerdings
besitzt die E-Maschine 10 im Vergleich zu der Doppel-Stator-E-Maschine
in 2 dadurch auch ein geringeres Drehmoment.
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Um
die axiale Baugröße weiter zu reduzieren, wird
in 4 eine Variante der Single-Stator-Scheibenläufer
E-Maschine 10 gezeigt, die ebenfalls mittig entlang einer
Radachse A geschnitten ist, und bei der der Rotor 15 der
E-Maschine 10 direkt in die Felge 1 integriert
ist. Dadurch entfällt die sonst notwendige Rotorabstützung
des Rotors 15. Die Permanentmagnete 16 des Rotors 15 werden
direkt mit der Felge 1 drehfest verbunden. In dieser Ausführung ist
zu beachten, dass eine effiziente Abdichtung der E-Maschine 10 einen
entsprechenden Aufwand bedeutet, und dass durch die Integration
der Permanentmagnete 16 in die Felge 1 entsprechende
Aufnahmepunkte – z. B. Anschraubflächen – an
der Felge vorgesehen werden müssen. Des Weiteren ist eine
Schnittebene B-B gekennzeichnet, entlang der in 5 der
Radnabenantrieb gemäß 4 im Querschnitt
dargestellt ist.
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6 zeigt
eine mittig entlang einer Radachse A geschnittene Ausgestaltung
der Erfindung, die sich von den gezeigten Ausgestaltungen in 1 bis 4 dadurch
unterscheidet, dass das Scheibenbremssystem 30 an der Außenseite,
d. h. der der Fahrzeugmitte abgewandten Seite der Radnabe 2 angebracht
ist. Die E-Maschine 10 – bestehend aus Stator 11 und
Rotor 15 – ist wie in 1 in Innenläuferbauform
ausgeführt, d. h. der Rotor 15 dreht sich koaxial
zur Radachse A radial innerhalb des Stators 11. Der nicht
drehbare Stator 11 ist über ein Radlagerpaar 20 mit
der Radnabe 2 verbunden, so dass sich die Radnabe 2 koaxial
zur Radachse A frei drehen kann.
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Der
Stator 11 besteht aus Statorgehäuse 12, das
zugleich den Radträger darstellt, und Statorwicklungen 13. Über
die Lenkerpunkte 3 und 4 ist das Statorgehäuse 12 mit
den Fahrwerkslenkern 5 und 6 verbunden. Die Fahrwerkslenker 5 und 6 sind über weitere
nicht abgebildete Gelenkpunkte mit dem ebenfalls nicht abgebildeten
Fahrzeug verbunden. Das Radlagerpaar 20 besteht aus zwei
einzelnen Lagern 21 und 22.
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Der
Rotor 15 der E-Maschine 10, bestehend aus den
Permanentmagneten 16 und Rotorabstützung 17,
ist drehfest mit der Radnabe 2 verbunden. An der Außenseite,
d. h. der der Fahrzeugmitte abgewandten Seite der Radnabe 2 wird
die Felge 1 drehfest angeschraubt. Dies geschieht üblicherweise über
drei bis fünf Schrauben, die auf einem koaxial zur Radachse
A liegenden Kreis in gleichen Abständen angeordnet sind.
Somit ist ein einfacher Felgenwechsel möglich, ohne Teile
der E-Maschine 10 oder die gesamte E-Maschine 10 demontieren
zu müssen.
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Zwischen
Felge 1 und Radnabe 2 wird die Bremsscheibe 31 des
Scheibenbremssystems 30 – wie es heutzutage üblich
ist – mit den oben beschriebenen Schrauben zur Befestigung
der Felge 1 mit verschraubt. Somit kann auch das Scheibenbremssystem 30 einfach
gewartet werden, ohne dafür die E-Maschine 10 teilweise
oder komplett demontieren zu müssen. Durch die vorteilhafte
Anordnung des Scheibenbremssystems 30 ist eine einfache
Montage der Radlager 21 und 22, des Stators 11 sowie
des Rotors 15 auf der Radnabe 2 möglich.
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Der
Stator 11 besitzt an einem Teil seines Umfangs eine Aussparung 18,
die so gestaltet ist, dass der Bremssattel 32 dort platziert
werden kann. Die Aussparung 18 ist zur besseren Darstellung
auch in 6 in die Schnittebene projiziert
worden und durch eine gestrichelte Ellipse visualisiert. Blickt
man von der Seite frontal auf die Felge, so liegt die Aussparung 18 bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung auf der vertikalen Höhe
der Radachse A seitlich in Fahrtrichtung oder auf der Fahrtrichtung
entgegen gesetzten Seite, also mit Blick auf ein Ziffernblatt einer
Uhr auf 3 Uhr bzw. 9 Uhr. Dadurch wird eine vorteilhafte Bremssattellage
erreicht, die nicht mit den Fahrwerkslenkern oder anderen Elementen
des Fahrwerks wie Lenkstange oder Spurstange kollidiert und diese
somit auch nicht in ihrer Ausgestaltung einschränkt. Zudem
ist eine einfache Demontage des Bremssattels 32 sichergestellt,
da dieser in axialer Richtung abgezogen werden kann. Um die Aussparung 18 zu
realisieren ist es notwendig, an dieser Stelle des Stators 11 mindestens
einen Zahn der Statorwicklung 13 zu entfernen, um so Platz
für den Bremssattel 32 zu schaffen.
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Das
Statorgehäuse 12 bleibt dabei in sich geschlossen
und die Dichtringe 41 und 42 des Dichtungspaares 40 schließen
den kreisrunden Öffnungsspalt zwischen der Radnabe 2 und
dem Stator 11 staubdicht ab, um die E-Maschine 10 vor
Schmutzeintritt zu schützen und so eine optimale Funktionalität
zu gewährleisten. Durch die direkte Anbindung des Rotors 15 auf
der mittigen Radnabe 2 kann der Durchmesser der Dichtringe 41 und 42 gering
gewählt werden, so dass der Reibungsverlust ebenfalls sehr
gering ausfällt. Damit ist gewährleistet, dass
der hohe Wirkungsgrad der E-Maschine 10 nicht durch hohe
Reibungsverluste gemindert wird.
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7 und 8 zeigen
ebenfalls mittig entlang einer Radachse A geschnittene Darstellungen, die
der in 6 gezeigten Ausgestaltung prinzipiell ähnlich
sind. In 7 wird eine E-Maschine 10 – bestehend
aus Stator 11 und Rotor 15 – in Doppel-Stator-Scheibenläuferbauform
und in 8 eine E-Maschine 10 – bestehend
aus Stator 11 und Rotor 15 – in Single-Stator-Scheibenläuferbauform
eingesetzt.
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Die
E-Maschine 10 in 7 ist so
angeordnet, dass die Aussparung 18 durch Entfernung mindestens
eines Zahns der Statorwicklung 13b auf der dem Bremssattel 32 zugewandten
Seite des Stators erzeugt wird, so dass der Bremssattel 32 in
beschriebener Weise mit idealer Bauraumausnutzung in der Aussparung 18 platziert
werden kann.
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Die
E-Maschine 10 in 8 ist so
ausgestaltet, dass die Aussparung 18 axial neben dem Rotor 15 auf
der der Fahrzeugmitte abgewandten Seite angeordnet ist. So wird
auch hier eine besonders Platz sparende axiale Baugröße
erreicht, da auch hier der Bremssattel 32 mit idealer Bauraumausnutzung
in der Aussparung 18 platziert werden kann.
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Weitere
Komponenten der Ausgestaltungen in 7 und 8 wie
Felge 1, Radnabe 2, Lenkerpunkte 3 und 4,
Fahrwerkslenker 5 und 6, Radlagerpaar 20 – bestehend
aus den Radlagern 21 und 22 –, Scheibenbremssystem 30 – bestehend
aus Bremsscheibe 31, Bremssattel 32 –,
Verbindungsflansch 33 und Dichtungspaar 40 – bestehend
aus den Dichtringen 41 und 42 – entsprechen
prinzipiell denen in 6 oder sind diesen ähnlich.
Diese sind grafisch gleich dargestellt und aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
nochmals beziffert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 20080053719
A1 [0002, 0004]
- - US 20080070736 A1 [0002]
- - JP 2006199107 A1 [0003]
- - EP 1547844 A1 [0003]
- - JP 2007253687 A1 [0003]
- - EP 1380459 A1 [0003]
- - JP 2005289322 A1 [0003]
- - JP 2005073364 A1 [0004]
- - JP 2007223430 A1 [0004]
- - EP 1667858 A1 [0004]
- - US 20080035407 A1 [0004]
- - US 20080093133 A1 [0004]
- - JP 2005324722 A1 [0004]
- - EP 1547843 B1 [0004]
