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Die Erfindung betrifft eine Portalachse bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen.
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In der
DE 295 18 401 U1 ist ein Stadtbus zur Personenbeförderung beschrieben, der mit einer Portalachse versehen ist. So wird bei Stadtbussen ein auf niedrigem Niveau angeordneter Wagenboden, der durch den ganzen Bus geführt ist, gefordert, insbesondere auch im Bereich der Hinterachse, die als Starrachse ausgebildet ist. Um dies zu bewerkstelligen, ist eine Portalachse vorgesehen. Die Portalachse ist hohl ausgebildet und nimmt zwei elektrische Maschinen auf. Im Bereich der beiden Enden der Portalachse ist jeweils ein Rad drehbar gelagert. Jedes Rad ist mittels der dieser zugeordneten elektrischen Maschine antreibbar. Zwischen der jeweiligen elektrischen Maschine und dem dieser zugeordneten Rad ist ein Untersetzungsgetriebe angeordnet.
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JP 2009 -
274 618 A offenbart eine Befestigung einer Portalachse eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Befestigung einer Portalachse bei einem Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen handelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach gestaltete Befestigung der Portalachse bei einem Kraftfahrzeug anzugeben, die eine starre Lagerung der Portalachse gestattet und Karosserietoleranzen aufnehmen kann.
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Die Erfindung schlägt eine Befestigung einer Portalachse bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen vor, wobei die Portalachse ein Gehäuse mit mindestens einer in diesem angeordneten elektrischen Maschine und an beiden Enden des Gehäuses angeordnete und mit diesem verbundene Getriebe aufweist, wobei das Gehäuse mittels Befestigungselementen starr mit einem Querträger eines Fahrwerks des Kraftfahrzeuges verbunden ist und das jeweilige Getriebe über eine Einrichtung zum Toleranzausgleich, die in einem Lagerelement gelagert ist, das mit dem zugewandten Getriebe verbunden ist, in einem diesem Getriebe benachbarten Längsträger der Karosserie des Kraftfahrzeuges gelagert ist, wobei das Lagerelement als in Längserstreckung der Portalachse biegeweicher Halter ausgebildet ist.
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Die Portalachse ist somit im Bereich des Querträgers starr mit diesem verbunden, wobei diese Verbindung vorzugsweise durch eine Schraubverbindung bewerkstelligt wird. Im Bereich des jeweiligen Getriebes erfolgt die Verbindung zwischen Getriebe und diesem benachbarten Längsträger der Karosserie mittels der vorgesehenen Einrichtung zum Toleranzausgleich. Hierdurch kann die Portalachse vorspannungsfrei montiert werden, ungeachtet von zwangsläufig bei der Herstellung von Teilen der Karosserie und der Anordnung des Querträgers entstehenden Abweichungen von Idealmaßen.
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Dadurch, dass die jeweilige Einrichtung zum Toleranzausgleich in einem Lagerelement gelagert ist, das mit dem zugewandten Getriebe verbunden ist, ergibt sich eine baulich besonders einfache Gestaltung der Lagerung der Portalachse im benachbarten Längsträger der Karosserie und überdies eine einfache Lagerung der Einrichtung zum Toleranzausgleich.
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Das Lagerelement ist als biegeweicher Halter, insbesondere biegeweiche Platte ausgebildet. Dies ist unter dem Aspekt einer besonders einfachen Gestaltung der Befestigung zum Herbeiführen eines Toleranzausgleichs in Längsrichtung der Befestigungsschraube der Einrichtung vorteilhaft. Beim Befestigen der Portalachse im Bereich des jeweiligen Längsträgers wird dieser biegeweiche Halter insbesondere in Fahrzeugquerrichtung nach außen gebogen, wobei hierunter eine geringfügige Biegung verstanden wird. Erwärmt sich im Betrieb des Fahrzeugs das Getriebe, wird durch die daraus resultierende Längenausdehnung der Portalachse die Biegung im Halter neutralisiert, sodass der Halter dann keinen Biegekräften in dieser Richtung ausgesetzt ist.
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Eine besonders einfache, stabile Befestigung der Portalachse am Querträger lässt sich bewerkstelligen, wenn das Gehäuse mittels Befestigungsschrauben, insbesondere in Längsrichtung des Querträgers beabstandet angeordneter Befestigungsschrauben, mit dem Querträger verbunden ist. Diese Befestigung erfolgt vorzugsweise mittels mindestens zweier Befestigungsschrauben, konkret zweier Befestigungsschrauben, die mit dem Querträger verbunden sind. Insbesondere ist der Befestigungsbereich der Portalachse zum Querträger so gestaltet, dass der Querträger im Bereich der jeweiligen Befestigungsschraube eine Tasche mit Loch für die Befestigungsschraube und das Gehäuse einen Lagerflansch mit Loch für die Befestigungsschraube aufweist. Der Lagerflansch ist hierbei mit einer Vertiefung versehen, die bei mit dem Querträger verschraubtem Gehäuse in die Tasche eingreift und den Lagerflansch bezüglich des Querträgers in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs positioniert. Demzufolge ist der jeweilige Lagerflansch bezüglich der zugeordneten Tasche in Längs- und Querrichtung des Fahrzeuges festgelegt, ggf. mit minimalem Spiel festgelegt. Die Befestigungsschraube dient dem Zweck, den Lagerflansch bezüglich des Querträgers in Höhenrichtung des Fahrzeuges zu positionieren und festzulegen.
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Durch diese starre Befestigung der Portalachse am Querträger bietet es sich an, die Portalachse zunächst am Querträger zu befestigen und dann erst die Befestigung an den beiden Längsträgern der Karosserie vorzunehmen.
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Zur Befestigung der Portalachse in diesem Bereich weist die Einrichtung zum Toleranzausgleich vorzugsweise eine Befestigungsschraube und eine mit dieser zusammenwirkende Käfigmutter auf. Die Käfigmutter gestattet aufgrund des Zusammenwirkens von Käfig und Mutter, bei noch nicht angezogener Befestigungsschraube, fertigungsbedingte Toleranzen der miteinander zu verbindenden Teile des Fahrzeugs auszugleichen. Hierbei sollte der Käfig die Mutter mit Spiel in mindestens einer Raumrichtung, insbesondere in zwei Raumrichtungen, senkrecht zur Gewindeachse der Mutter aufnehmen. Mittels der Käfigmutter können somit die Toleranzen ausgeglichen werden, bis auf diejenigen in Längserstreckung der Schraube.
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Tritt im Anwendungsfall die Befestigungsschraube der Einrichtung hindurch und ragt mit ihrem Einschraubende aus der Mutter heraus, ist es erforderlich, dass der Käfig mit einem Loch zum Durchtritt des Gewindebolzens der Befestigungsschraube der Einrichtung versehen ist. Dieses Loch ist so groß zu bemessen, dass der Gewindebolzen bei einem Toleranzausgleich ausreichend Platz innerhalb des Loches hat und nicht gegen den Käfig stößt.
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Eine besonders einfache und besonders funktionelle Gestaltung des Käfigs ist zu verzeichnen, wenn der Käfig zwischen Käfigschenkeln einen im Wesentlichen quaderförmigen Raum bildet und die Mutter quaderförmig ausgebildet ist, mit jeweils geringerer Raumkoordinaten-Abmessung als diejenige des quaderförmigen Raums. Die Form der Mutter ist somit der Form des quaderförmigen Raumes im Käfig angepasst, sodass die Mutter im Käfig nicht dreht, aber sich ausreichend zum Käfig in der mindestens einen Raumrichtung verschieben lässt.
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Unter dem Aspekt der Lagerung der Einrichtung zum Toleranzausgleich im Lagerelement ist vorgesehen, dass mit dem Lagerelement der Käfig verbunden, insbesondere verschweißt ist, und das Lagerelement ein Loch zum Durchtritt der Befestigungsschraube der Einrichtung aufweist. Das Loch ist so groß im Durchtrittsquerschnitt bemessen, dass bei jeglicher Position der Befestigungsschraube zwecks Toleranzausgleich diese das Lagerelement nicht kontaktiert.
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Eine baulich besonders einfache und montagefreundliche Gestaltung der Befestigung im Bereich des jeweiligen Längsträgers ergibt sich, wenn mit dem jeweiligen Längsträger eine Befestigungshülse verbunden, insbesondere verschweißt, ist und die Befestigungsschraube der Einrichtung ein Loch in der Hülse durchsetzt und bei in die Mutter der Käfigmutter eingesetzter Stellung das Lagerelement gegen die Hülse spannt. Bei entsprechend festem Anziehen der Befestigungsschraube der Einrichtung wird das als biegeweiche Platte ausgebildete Lagerelement von der Mutter in Richtung des zugewandten Längsträgers gebogen.
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Die Erfindung schlägt somit eine besonders gestaltete Befestigung einer Portalachse bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen vor. Dabei sind die Befestigungsschrauben zum starren Verbinden des Gehäuses der Portalachse mit dem Querträger in Höhenerstreckung des Fahrzeuges angeordnet, wobei das Gehäuse bzw. die Lagerflansche des Gehäuses auf dem Querträger aufliegend positioniert sind. Im Bereich des jeweiligen Längsträgers der Karosserie erfolgt die Lagerung über eine mit dem Getriebe, konkret einem Getriebegehäuse verbundenen Platte, insbesondere biegeweichen Platte. Mit dieser Platte ist, auf der dem Portalachsengehäuse zugewandten Seite, der Käfig verbunden, insbesondere verschweißt, und es nimmt auf dieser Seite der Käfig die Mutter auf, in die die Befestigungsschraube der Einrichtung zum Toleranzausgleich eingeschraubt ist. Bei ausreichender Vorspannung dieser Befestigungsschraube wird die biegeweiche Platte vorgebogen, sodass sie bei Erwärmung der Portalachse im Betrieb des Fahrzeugs in deren nicht gebogene Neutralstellung überführt wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
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Es zeigt in schematischer Darstellung:
- 1 in einer räumlichen Ansicht die Lagerung einer Portalachse eines Personenkraftwagens in einem Querträger eines Fahrwerks und zwei Längsträgern der Karosserie,
- 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I in 1,
- 3 eine Draufsicht der Anordnung gemäß 1, vor dem Verschrauben von Portalachse und Längsträgern,
- 4 in einer räumlichen Darstellung die Befestigung der Portalachse am Längsträger,
- 5 einen senkrechten Schnitt durch den Längsträger und die Befestigung des Getriebes der Portalachse an diesem,
- 6 eine Ansicht der Befestigung der portalachsenseitigen Platte am Längsträger.
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Veranschaulicht ist ein Personenkraftwagen im Bereich zweier Längsträger 1 der Karosserie sowie eines Querträgers 2 im Bereich der Vorderachse des Fahrwerks des Personenkraftwagens. In Fahrtrichtung hinter dem Querträger 2 ist eine Portalachse 3 angeordnet, die sich, bezogen auf deren Längsachse parallel zum Querträger 2 in geringem Abstand zu diesem erstreckt. Die Portalachse weist ein Gehäuse 4 und zwei innerhalb des Gehäuses angeordnete elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren und an den beiden Enden des Gehäuses 4 angeordnete und mit diesem verbundene Getriebe 5 auf. Das jeweilige Getriebe 5, bei dem es sich beispielsweise um ein Stirnrad-Untersetzungsgetriebe handelt, ist mittels des zugeordneten Elektromotors antreibbar. Die Antriebswelle des Getriebes 5 ist mit einem Kupplungsflansch 6 verbunden, der seinerseits mit der eigentlichen Antriebswelle zum Antreiben des zugeordneten Vorderrades des Personenkraftwagens verbunden ist.
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Das Gehäuse des jeweiligen Getriebes 5 ist mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet. Mit der Portalachse 3 ist im Bereich dessen Gehäuses 4 eine Zulaufleitung 8 und eine Rücklaufleitung 9 für Kühlwasser verbunden.
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Das weitgehend hohlzylindrische Gehäuse 4 der Portalachse 3 ist auf seiner dem Querträger 2 zugewandten Seite mit zwei in Abstand zueinander angeordneten Lagerflanschen 10 versehen, wobei jeder Lagerflansch 10 mit einer sich in Höhenerstreckung des Fahrzeugs, somit in Richtung der in 2 veranschaulichten Z-Achse verlaufenden Bohrung versehen ist. Auf seiner Unterseite ist der jeweilige Lagerflansch 10 mit einer Erhöhung 11 versehen, die sich somit als Vorsprung darstellt. Den Abmessungen der Erhöhung 11 angepasst ist in den Querträger 2 eine Tasche 12 eingefräst, so dass bei in die Tasche 12 eingesetzter Erhöhung 11 des Lagerflansches 10 dieser in den in der 2 dargestellten Koordinatenrichtungen X und Y zueinander festgelegt ist. Die Koordinatenrichtung X entspricht dabei derjenigen in Fahrzeuglängsrichtung, die Koordinatenrichtung Y derjenigen in Fahrzeugquerrichtung. Die Orientierung des Pfeils X in 2 verdeutlicht im Übrigen die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bei Vorwärtsfahrt. Diese ist auch in 3 verdeutlicht.
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Der Querträger 2 ist im Bereich der jeweiligen Tasche 12 mit einer Gewindebohrung versehen, die der Aufnahme einer Befestigungsschraube 13 dient. Mittels der beiden Befestigungsschrauben 13 ist das Gehäuse 7 starr mit dem Querträger 2 verschraubt und positioniert, und zwar in X- und Y-Richtung mittels der eingefrästen Positioniertasche 12 im Querträger 2 und mittels der Befestigungsschraube 13 in Z-Richtung.
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Die Befestigung der Portalachse 3 erfolgt zunächst am Querträger 2 durch die beschriebene starre Verschraubung. Anschließend wird die Portalachse 3 an den beiden Längsträgern 1 befestigt. Die Befestigung am jeweiligen Längsträger ist nachfolgend konkret anhand der Darstellung der 3 bis 6 beschrieben:
- Das jeweilige Getriebe 5 ist über eine Einrichtung 15 zum Toleranzausgleich im Längsträger 1 mittelbar gelagert. Konkret ist außen am Getriebe 7 ein Lagerelement befestigt, das als biegeweiche Blechplatte 16 ausgebildet ist. Diese weist im Bereich ihrer oberen Enden zwei Löcher auf, wobei im Bereich des jeweiligen Lochs die Einrichtung 15 zum Toleranzausgleich angeordnet ist. Diese weist jeweils eine Befestigungsschraube 14 und eine mit dieser zusammenwirkende Käfigmutter 17 auf. Mit der Blechplatte 16 ist der Käfig 18 der Käfigmutter 17 verschweißt und bildet zwischen den veranschaulichten vier Käfigschenkeln 19 einen im Wesentlichen quaderförmigen Raum. In diesem ist die quaderförmig ausgebildete Mutter 20 der Käfigmutter 17 angeordnet. Die Raumkoordinaten-Abmessungen der Mutter 20 sind geringer bemessen als diejenigen des quaderförmigen Raumes des Käfigs 18, sodass die Mutter mit Spiel in den in 4 durch die Doppelpfeile verdeutlichten Raumachsen bezüglich des Käfigs 18 beweglich ist. Die Höhe des vom Käfig gebildeten Raumes ist geringfügig größer als die Höhe der Mutter 20.
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Wie insbesondere der Darstellung der 5 zu entnehmen ist, ist mit dem Längsträger 1 der Karosserie eine Befestigungshülse 21 positionsgenau in Y-Koordinatenrichtung verschweißt. Von außen wird die jeweilige Befestigungsschraube 14 in die zugeordnete Befestigungshülse 21 eingesteckt, durch eine ausreichend groß dimensionierte Bohrung 22 in der Blechplatte 16 hindurchgesteckt und in die Mutter 20 der Käfigmutter 17 eingeschraubt. Nach dem Anziehen der Befestigungsschraube 14 zieht sich, wie in der 6 mit der schwarzen Linie stark übertrieben veranschaulicht ist, die Blechplatte 16 an die Befestigungshülse 21, die eine Biegung in Y-Richtung zulässt, nach außen. Durch Erwärmung der Portalachse 3 im Betrieb der elektrischen Maschinen und die Erwärmung der Getriebe sowie die daraus resultierende Längenausdehnung der Portalachse 3 stellt sich die Blechplatte 16 wieder in die Neutralposition, wie sie in 6 veranschaulicht ist, zurück, in der die Blechplatte 16 eben ist.
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Die Mutter 20 der jeweiligen Käfigmutter 17 kann vor dem Anziehen der jeweiligen Befestigungsschraube 14 im Käfig 18 nach X- und Z-Richtung frei ± 2 mm schwimmen. In der Blechplatte 16 und im Käfig 18 befindet sich ein entsprechend großes Loch, damit der Gewindebolzen der Befestigungsschraube 14 der schwimmenden Bewegung der Mutter 20 bei der Montage folgen kann. Beim Festziehen der jeweiligen Befestigungsschraube 14 wird die Mutter in X- und Z-Richtung an der Blechplatte 16 festgelegt. Da die Portalachse 3 am Querträger 2 in X-, Y- und Z-Richtung festgelegt ist, erfolgt der Toleranzausgleich im Bereich der beiden Längsträger 1 mittels der Einrichtung 15 durch Verwendung der Käfigmutter 17 in X- und Z-Richtung und überdies die Längenveränderung der Portalachse 3 in Y-Richtung aufgrund der Erwärmung der Portalachse 3 durch die biegeweiche Blechplatte 16, die eine Verschiebung in Y-Richtung um etwa ± 0,5 mm zulässt.
