DE102012025371B4

DE102012025371B4 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012025371B4
Application number: DE102012025371.0A
Authority: DE
Inventors: Elias Killiana
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2032-12-29
Also published as: DE102012025371A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachse, einer Hinterachse und einer Elektromotoreinheit (10) zum Antrieb einer der Achsen, wobei die Elektromotoreinheit (10) einen elektrischen Antriebsmotor sowie eine an dem elektrischen Antriebsmotor angeordnete Leistungselektronik (20) umfasst. Das Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass Anbindungsstellen zur Integration der Elektromotoreinheit (10) sowohl in die Vorderachse als auch in die Hinterachse vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vorderachse, einer Hinterachse und einer Elektromotoreinheit zum Antrieb einer der Achsen, wobei die Elektromotoreinheit zumindest einen elektrischen Antriebsmotor sowie eine an dem elektrischen Antriebsmotor angeordnete Leistungselektronik umfasst.
Aus der DE 10 2009 040 896 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit in den integrierter Elektromotoreinheit bekannt, wobei die Elektromotoreinheit die Vorderachse antreibt. Die Elektromotoreinheit ist mittels zwei Aggregatträgern aufgehängt, die mit einem Querträger verbunden sind, der wiederrum an der Karosserie befestigt ist. Neben den Aggregatträgern umfasst die Aufhängung der Elektromotoreinheit noch eine Pendelstütze, die mit ihrem einen Ende an einem bodennahen Abschnitt eines in die Elektromotoreinheit integrierten Getriebes angreift und an ihrem anderen Ende an einem Hilfsrahmen des Kraftfahrzeuges befestigt ist. Die Pendelstütze dient im Wesentlichen dazu, eine Pendelbewegung der Elektromotoreinheit um eine Pendelachse, die im Bereich der Aggregatträger verläuft, abzustützen.
Die DE 10 2010 017 966 A1 offenbart eine Vielzahl von lediglich schematisch dargestellten und nur allgemein beschrieben Möglichkeiten der Integration einer Elektromaschine in ein Kraftfahrzeug, wobei die Elektromaschine das Kraftfahrzeug entweder alleine oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor antreiben soll.
Die gattungsgemäße DE 10 2011 016 624 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromotoreinheit, die unter anderen aus einen elektrischen Antriebmotor und einer Leistungselektronik besteht. Die Elektromotoreinheit kann an der Vorderachse oder der Hinterachse eingebaut werden.
Kraftfahrzeughersteller bieten ihre Fahrzeugbaureihen regelmäßig mit einer Vielzahl von Antriebskonfigurationen an. Diese Antriebskonfigurationen beschränken sich mittlerweile nicht mehr nur auf verschiedene Verbrennungsmotoren, die sich hinsichtlich des Arbeitsprinzips (Otto oder Diesel) und/oder Ihrer Leistung unterscheiden. Vielmehr ist häufig auch eine teilweise oder vollständige Elektrifizierung des Antriebs vorgesehen, d. h. die Fahrzeuge einer Baureihe werden mit vollelektrischen oder hybriden Antrieben angeboten. Während die strukturellen Anpassungen der Fahrzeugstruktur zur Aufnahme unterschiedlicher Verbrennungsmotoren mit einem vergleichsweise geringen Aufwand verbunden sind, gilt dies für den ersatzweisen oder zusätzlichen Einbau eines elektrischen Antriebs regelmäßig nicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst flexible und kostengünstige Möglichkeit anzugeben, ein grundsätzlich für einen Antrieb mittels eines Verbrennungsmotors ausgelegtes Kraftfahrzeug nach Bedarf teilweise oder vollständig zu elektrifizieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Integration eines Elektroantriebs in ein grundsätzlich für einen Antrieb mittels eines Verbrennungsmotors ausgelegtes Kraftfahrzeug flexibel und kostengünstig auszugestalten, indem eine Elektromotoreinheit geschaffen wird, die neben dem elektrischen Antriebsmotor zumindest noch die diesem zugeordnete Leistungselektronik und vorzugsweise auch ein Getriebe integriert, wobei die äußere Form der Elektromotoreinheit derart vorgesehen ist, dass diese unverändert sowohl in den Vorderwagen als in den Hinterwagen des Kraftfahrzeugs integriert werden kann. So kann durch eine Integration der Elektromotoreinheit in den Vorderwagen, bei der diese die Vorderachse des Kraftfahrzeugs antreibt, ein vollelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet werden, bei dem auf einen Verbrennungsmotor vollständig oder zumindest als direkte Antriebsquelle verzichtet wird. Dabei kann der regelmäßig im Vorderwagen für den Verbrennungsmotor vorgesehene Bauraum vorteilhaft für die Elektromotoreinheit genutzt werden. Soll dagegen ein hybridisch und insbesondere parallel-hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug geschaffen werden, so kann die Elektromotoreinheit ohne wesentliche strukturelle Änderungen an der weiteren Struktur des Kraftfahrzeugs oder der Elektromotoreinheit selbst in den Hinterwagen integriert werden, wo diese die Hinterachse antreibt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen sinnvoll, bei denen die Vorderachse von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
Demnach ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug, das zumindest (mindestens) eine Vorderachse, (mindestens) eine Hinterachse und (mindestens) eine (Grund-)Elektromotoreinheit zum Antrieb einer der Achsen aufweist, wobei die Elektromotoreinheit (mindestens) einen elektrischen Antriebsmotor sowie (mindestens) eine an dem elektrischen Antriebsmotor angeordnete, mit diesem verbundene Leistungselektronik umfasst, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass (ggf. ausschließlich hierfür vorgesehene) Anbindungsstellen zur Integration der(selben) (Grund-)Elektromotoreinheit sowohl in die Vorderachse als auch in die Hinterachse vorgesehen sind. Dabei können die Anbindungsstellen insbesondere Befestigungsmittel, wie z. B. Aufnahmeöffnungen, Vorsprünge, Gewindebohrungen, Gewindebolzen, etc. umfassen.
Die Leistungselektronik kann insbesondere einen Wechselrichter umfassen, der eine Gleichspannung, die beispielsweise von einer Traktionsbatterie zur Verfügung gestellt wird, in eine Wechselspannung und insbesondere eine Dreiphasenwechselspannung für den Antriebsmotor umwandelt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoreinheit weiterhin ein an dem Antriebsmotor angeordnetes, mit diesem verbundenes Getriebe umfasst, wodurch die Flexibilität der Anpassung des Kraftfahrzeugs an unterschiedliche Antriebskonfigurationen weiter verbessert wird. Besonders kompakt kann eine solche Elektromotoreinheit ausgebildet werden, wenn eine Ausgangswelle des Getriebes koaxial innerhalb einer Abtriebswelle des Antriebsmotors angeordnet ist, die Elektromotoreinheit somit als Koaxial-Elektromotoreinheit ausgebildet ist.
Regelmäßig weist der Antriebsmotor eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Eine bevorzugte, weil sowohl in den Vorder- als auch in den Hinterwagen vorteilhaft integrierbare Form kann vorsehen, dass sich die Leistungselektronik in einer radialen Richtung (bezüglich der Abtriebswelle) des Antriebsmotors von dem Antriebsmotor erstreckt. Dadurch ergibt sich eine in dieser radialen Richtung langgestreckte Form der Elektromotoreinheit mit einer (deutlich) größeren Höhe als Breite (quer zur Abtriebswelle des Antriebsmotors). Bei einer Integration der Elektromotoreinheit in die Vorderachse, d. h. wenn die Elektromotoreinheit im Bereich der Vorderachse angeordnet ist, um diese anzutreiben, kann diese radiale Richtung dann mit der Hochachse (Gierachse) des Kraftfahrzeugs vorzugsweise einen Winkel zwischen 0° und 45° einschließen und besonders bevorzugt parallel oder koaxial (d. h. 0°) zu dieser verlaufen. Dadurch baut die Elektromotoreinheit in die Höhe, wodurch der Platz in dem Vorderwagen des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft ausgenutzt werden kann.
Bei einer solchen Integration der Elektromotoreinheit kann dann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Elektromotoreinheit ein den Antriebsmotor umgebendes Gehäuse umfasst, wobei die Elektromotoreinheit hängend an mindestens zwei Aggregatträgern aufgehängt ist, wobei ein erster Aggregatträger an dem Getriebe und ein zweiter Aggregatträger an dem Gehäuse befestigt ist, und weiterhin mindestens zwei Aggregatlager vorgesehen sind, die die Elektromotoreinheit an einen Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs anbinden, wobei ein erstes Aggregatlager an dem Getriebe und ein zweites Aggregatlager an dem Gehäuse befestigt ist. Dabei können die Aggregatlagern vorzugsweise als Pendelstützen ausgebildet sein. Die somit realisierte 4-Punkt-Lagerung der Elektromotoreinheit kann eine verbesserte Integration der Elektromotoreinheit in den Motorraum und eine verbesserte bzw. verringerte Einleitung von Aggregatanregungen bzw. -schwingungen in die Karosserie des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Ein Vorteil einer solchen 4-Punkt-Lagerung kann darin liegen, dass die Elektromotoreinheit näher in Richtung der die Radmittelpunkte der angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs verbindenden Achse verschoben werden kann. Weiterhin kann auch eine tiefere Anordnung innerhalb des Motorraumes gewählt werden, da die Aggregatlager, die die Elektromotoreinheit mit dem Hilfsrahmen verbinden, an den längsaxialen Enden der Elektromotoreinheit angebunden sind. Dadurch können diese höher an der Elektromotoreinheit angreifen, als dies bei den einer einzelnen Pendelstützen vorgesehen ist, die unterhalb des Getriebes bzw. des Gehäuses des Elektromotors angreift (vgl. DE 10 2009 040 896 A1 ). Dadurch kann sich eine verbesserte Abstützung von Pendelbewegungen infolge eines größeren Hebelarms ergeben. Durch das Heranrücken der Elektromotoreinheit (in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs) an die Radmittelpunkte der Räder des Kraftfahrzeuges wird zudem ermöglicht, die vorderseitigen Überhänge des Fahrzeugs zu reduzieren. Hinzu kommt, dass dadurch der Beugewinkel von Gelenkwellen, die die Elektromotoreinheit mit den angetriebenen Rädern verbinden, reduziert werden kann. Die tiefere Anordnung der Elektromotoreinheit im Motorraum weist u. a. den Vorteil eines niedriger liegenden Schwerpunkts auf, der für die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs von Vorteil ist. Hinzu kommt, dass durch die höhere Anordnung der Lagerstellen für die Elektromotoreinheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten 3-Punkt-Lagerungen die in den einzelnen Lagerungen vorzugsweise verwendeten Elastomerlager weicher ausgebildet werden können, was eine bessere akustische Entkopplung der Elektromotoreinheit von der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs bringen kann.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Aggregatträger an Längsträgern einer Karosserie des Kraftfahrzeuges befestigt sind, wobei diese Befestigung vorzugsweise direkt, aber auch indirekt, beispielsweise indem die Aggregatträger an einem Querträger befestigt sind, der wiederrum an die Längsträger angebunden ist, erfolgen kann.
Bei einer Integration der Elektromotoreinheit in die Hinterachse, d. h. wenn die Elektromotoreinheit im Bereich der Hinterachse angeordnet ist, um diese anzutreiben, schließt die radiale Richtung, in der sich die Leistungselektronik von dem Antriebsmotor erstreckt, mit der Hochachse (Gierachse) des Kraftfahrzeugs einen Winkel zwischen 45° und 90° ein und verläuft besonders bevorzugt im Wesentlichen senkrecht (d. h. 90°) zu dieser. Dadurch baut die Elektromotoreinheit eher in die Länge des Kraftfahrzeugs, wodurch der Platz in dem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Insbesondere kann dadurch eine Einschränkung der Tiefe eines dort vorgesehenen Gepäckabteils des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Der Platz im Motorraum des Kraftfahrzeugs kann dann vorzugsweise einem Verbrennungsmotor vorgebhalten bleiben. Diese Ausgestaltung eignet sich somit insbesondere zur Ausbildung eines hybriden Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, wobei u. a. durch die Integration von Verbrennungsmotor und Elektromotoreinheit in die verschiedenen Achsen auf vorteilhafte Weise ein Vierrad- bzw. Allradantrieb realisiert werden kann. Ein weiterer Vorteil der liegenden Anordnung der Elektromotoreinheit kann darin liegen, dass Anschlüsse der Leistungselektronik von der Unterseite des Kraftfahrzeugs gut zugänglich sind.
Bei einer solchen Integration der Elektromotoreinheit kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Elektromotoreinheit ein den Antriebsmotor umgebendes Gehäuse sowie ein direkt an dem Antriebsmotor angeordnetes Getriebe umfasst und mindestens vier Aggregatträger vorgesehen sind, die die Elektromotoreinheit an einen Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs anbinden, wobei mindestens zwei Aggregatträger an dem Getriebe und mindestens zwei Aggregatträger an dem Gehäuse befestigt sind.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen Endabschnitt aufweist, der den Antriebsmotor an dem dem Getriebe gegenüberliegenden Ende überragt. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die an dem Gehäuse angreifenden Aggregatträger und/oder Aggregatlager an diesem Endabschnitt des Gehäuses befestigt sind. Bei dem Endabschnitt kann es sich insbesondere um einen Teil des Gehäuses handeln, der über lösbare Verbindungsmittel mit dem Restgehäuse verbindbar ist. Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass dieser Endabschnitt des Gehäuses Anschlussleitungen umgibt, über die dem Elektromotor elektrische Energie zugeführt wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Aggregatträger und/oder Aggregatlager (zumindest einige, vorzugsweise alle) jeweils ein Elastomerlager umfassen. Diese Elastomerlager können zum einen dazu dienen, geringe Ausgleichsbewegungen der Elektromotoreinheit bei extremen Fahrsituationen, wie beispielsweise bei einer Vollbremsung, bei der die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs nicht von dem Antriebsmotor entkoppelt sind, zuzulassen. Ein anderer Vorteil von in die Aggregatträger und/oder die Aggregatlager integrierten Elastomerlagern kann darin liegen, dass diese Schwingungen der Elektromotoreinheit von der Karosserie des Kraftfahrzeuges entkoppeln, wodurch dessen akustisches Verhalten verbessert werden kann.
Unter „Elastomerlager” wird erfindungsgemäß ein Lager verstanden, das infolge einer elastischen Deformation von zumindest einem Teil dieses Lagers bei vergleichsweise geringen Kräften eine definierte Beweglichkeit von zwei oder mehr über das Lager verbundenen Bauteilen zulässt. Nicht erforderlich, jedoch vorzugsweise vorgesehen ist, dass zumindest ein Teil des Elastomerlagers aus einem Elastomer ausgebildet ist.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung kann vorgesehen sein, dass in das Gehäuse ein Kühlmantel für den Antriebsmotor, insbesondere für eine Flüssigkeitskühlung, integriert ist, der – wie der Antriebsmotor selbst – zwischen dem Endabschnitt und dem Getriebe liegend angeordnet ist. Insbesondere bei einer solchen Elektromotoreinheit ist die vorzugsweise vorgesehene 4-Punkt-Lagerung vorteilhaft, da die Abstützung über die Aggregatträger und Aggregatlager seitlich und somit nicht im Bereich des Kühlmantels erfolgt. Eine aufwändige Verstärkung des Gehäuses im Bereich des Kühlmantels ist somit nicht erforderlich.
Die Leistungselektronik kann vorteilhafterweise auf der Außenseite des den Antriebsmotor umgebenden Kühlmantels angeordnet und insbesondere auch in das Gehäuse des Antriebsmotors integriert sein. Dadurch kann u. a. auf einfache Weise ein gemeinsamer Kühlkreislauf für die Leistungselektronik und den Antriebsmotor realisiert werden.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann zudem vorgesehen sein, dass ein Gleichspannungswandler in die Elektromotoreinheit integriert ist. Dies ist insbesondere bei einem vollelektrifizierten Antriebsstrang und somit bei einer Integration der Elektromotoreinheit in die Vorderachse sinnvoll, um ein mit Niederspannung (regemäßig 12 V oder 24 V) betriebenes Bordnetz des Kraftfahrzeugs über den Spannungswandler mit elektrischer Energie aus der Hochspannung zur Verfügung stellenden Traktionsbatterie zu versorgen.
Weiterhin bevorzugt kann noch vorgesehen sein, dass ein gemeinsames Kühlsystem für die Elektromotoreinheit und für ein Batteriesystem zur Versorgung der Elektromotoreinheit mit elektrischer Energie (Traktionsbatterie) vorgesehen ist. Dies kann insbesondere bei einer Integration der Elektromotoreinheit in die Hinterachse vorgesehen sein, da die Traktionsbatterie vorteilhaft in der hinteren Hälfte des Kraftfahrzeugs, z. B. unter einer Rückbank, angeordnet werden kann. Durch die Nähe von Traktionsbatterie und Elektromotoreinheit lässt sich ein solches gemeinsames Kühlsystem auf einfache Weise realisieren. Dabei wird unter „gemeinsames Kühlsystem” verstanden, dass Kühlelemente der Elektromotoreinheit und der Traktionsbatterie zumindest teilweise von demselben Kühlmedium durch- oder angeströmt werden.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich sowohl für front- als auch heckangetriebene Kraftfahrzeuge, so dass sich der Begriff „Vorder-„ in Vorderwagen bzw. Vorderachse auf denjenigen Teil des Kraftfahrzeugs bezieht, in dem in der grundsätzlichen Auslegung des Kraftfahrzeugs der Platz für eine Integration des Verbrennungsmotors vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit zwei verschiedenen Möglichkeiten zur Anordnung einer Elektromotoreinheit;
2: eine Aufsicht auf den Vorderwagen des Kraftfahrzeugs gemäß 1 mit in die Vorderachse integrierter Elektromotoreinheit
3: eine Ansicht von schräg vorne auf einen Teil des Vorderwagens gemäß 2;
4: in einer isolierten Darstellung die Elektromotoreinheit in der Ausrichtung bei einer Integration in die Vorderachse;
5: eine Ansicht (von schräg unten) des Hinterwagens des Kraftfahrzeugs gemäß 1 mit in die Hinterachse integrierter Elektromotoreinheit; und
6: in einer isolierten Darstellung einen Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs und die Elektromotoreinheit in der Ausrichtung bei einer Integration in die Hinterachse.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, das durch das Vorsehen geeigneter Anbindungspunkte in der Karosseriestruktur die Integration einer Elektromotoreinheit 10 sowohl in die Vorderachse als auch in die Hinterachse ermöglicht. Dabei sind keine strukturellen Änderungen an der Elektromotoreinheit 10 erforderlich. Lediglich die Ausbildung von Aggregatträgern 12 und Aggregatlagern 14, über die die Anbindung der Elektromotoreinheit 10 an die Karosseriestruktur erfolgt, muss dazu geändert werden. Zudem ist vorgesehen, dass die Elektromotoreinheit 10 bei einer Integration in die Hinterachse um ca. 90° gegenüber der Ausrichtung bei einer Integration in die Vorderachse verschwenkt ist, wie dies in der 1 schematisch dargestellt ist. Im ersten Fall ergibt sich dadurch eine liegende Ausrichtung und im zweiten Fall eine stehende Ausrichtung der Elektromotoreinheit 10.
Die Elektromotoreinheit 10 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor (nicht sichtbar), der an seinem abtriebsseitigen Ende direkt mit einem Getriebe 16 verbunden ist. Weiterhin ist der Antriebsmotor von einem Gehäuse 18 umgeben, in das im Bereich des Antriebsmotors (Mittelteil des Gehäuses) ein Kühlmantel (nicht sichtbar) integriert ist. An dem dem Getriebe 16 gegenüberliegenden Ende des Antriebsmotors umfasst das Gehäuse 18 einen Endabschnitt, der mit dem Mittelteil des Gehäuses 18 mittels einer Vielzahl von Verschraubungen verbunden ist. Dieser Endabschnitt bildet mit dem benachbarten Ende des Antriebsmotors einen Freiraum aus, innerhalb dessen drei Anschlussleitungen (nicht sichtbar) für den mit Drei phasenwechselstrom betriebenen Antriebsmotor verlaufen. Durch einen relativ großen Abstand zwischen den Leitungen kann ein Funkenüberschlag zwischen den Anschlussleitungen infolge der hohen Spannung, mit der der Antriebsmotor betrieben wird (z. B. 400 V) vermieden werden. Die drei Anschlussleitungen führen zu einer Leistungselektronik 20, die auf den den Kühlmantel umfassenden Mittelteil des Gehäuses 18 aufgesetzt und daran befestigt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass auch die Leistungselektronik 20 von dem Kühlmantel gekühlt wird. Die Leistungselektronik 20 umfasst einen Wechselrichter, der eine Gleichspannung, die von einer (nicht dargestellten) Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs bereit gestellt wird, in eine Dreiphasen-Wechselspannung für den Antriebsmotor umwandelt.
Die Leistungselektronik 20 erstreckt sich in einer radialen Richtung von dem Antriebsmotor bzw. dem Gehäuse 18. Dadurch ergibt sich eine größere Höhe als Breite (senkrecht zur Lage der Abtriebswelle des Antriebsmotors) der Elektromotoreinheit 10. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Einbaulage sowohl bei einer Integration in die Vorderachse als auch bei einer Integration in die Hinterachse. Bei der stehenden Anordnung (bei einer Integration in die Vorderachse), bei der die radiale Richtung, in der sich die Leistungselektronik 20 von dem Antriebsmotor 10 erstreckt, im Wesentlichen parallel zu der Hochachse 40 des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist, wird die im Motorraum vorhandene Höhe ausgenutzt, wodurch der Platzbedarf der Elektromotoreinheit 10 in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs vorteilhafter gering ausfällt. Bei der liegenden Anordnung (bei einer Integration in die Hinterachse), bei der die radiale Richtung, in der sich die Leistungselektronik 20 von dem Antriebsmotor 10 erstreckt, im Wesentlichen senkrecht zu der Hochachse 40 des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist, ist dagegen der Platzbedarf der Elektromotoreinheit 10 in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs möglichst gering, wodurch die Tiefe eines sich darüber befindlichen Gepäckabteils nicht oder nur möglichst wenig eingeschränkt wird.
Das Getriebe 16 ist in Form eines Planetengetriebes (nicht sichtbar) ausgebildet, wobei die Abtriebswelle des Antriebsmotors, die als Hohlwelle ausgebildet ist, die Drehbewegung auf einen Käfig überträgt, der wiederrum mit Planetenrädern des Planetengetriebes verbunden ist. Diese übersetzen die Drehbewegung auf ein Sonnenrad des Planetengetriebes, das mit einer Ausgangswelle des Getriebes 16 verbunden ist. Die Ausgangswelle des Getriebes 16 erstreckt sich durch die Abtriebswelle des Antriebsmotors und ragt dadurch beidseitig aus der folglich als Koaxialelektromotoreinheit ausgebildeten Elektromotoreinheit 10 heraus. Dort ist die Ausgangswelle mit Gelenkwellen 22 verbundenen, die als Antriebswellen die Drehbewegung der Ausgangswelle des Getriebes 16 auf die angetriebenen Räder 24 des Kraftfahrzeugs übertragen.
Bei der Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Vorderachse erfolgt deren Lagerung mittels zwei Aggregatträgern 12, die die Elektromotoreinheit 10 an zwei Längsträgern (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs hängend abstützen. Jeder der Aggregatträger 12 umfasst eine Konsole 26 (z. B. aus Aluminiumdruckguss) sowie ein damit verbundenes Elastomerlager 28. Die Konsole 26 des einen Aggregatträgers 12 ist mit dem Endabschnitt des Gehäuses 18 des Antriebsmotors und die Konsole 26 des anderen Aggregatträgers 12 mit dem Gehäuse des Getriebes 16 verschraubt. Die Elastomerlager 28 beider Aggregatträger sind mit den Längsträgern verbunden (verschraubt). Dabei umfassen die Elastomerlager 28 jeweils eine Hülse 30 (vorzugsweise aus Metall), innerhalb dessen ein Elastomerkörper (nicht sichtbar) angeordnet ist, der einen Tragbolzen (nicht sichtbar) eines Adapterteils 32 des Elastomerlagers 28 aufnimmt. Der Tragbolzen ist dabei mittig in den Elastomerkörper eingegossen bzw. einvulkanisiert. Die Adapterteile 32 der Elastomerlager 28 sind mit der dazugehörigen Konsole 26 über zwei Schraubverbindungen verbunden. Diese Ausgestaltung der Elastomerlager 28 ermöglicht, die Elektromotoreinheit 10 bei der Produktion des Kraftfahrzeugs von unten zu montieren. Hierzu wird die Elektromotoreinheit 10 mit den daran befestigten Konsolen 26 von unten in den Motorraum gehoben; dann werden die Konsolen 26 mit den Adapterteilen 32 der bereits montierten Elastomerlager 28 verschraubt.
Die Lagerung der Elektromotoreinheit 10 in dem Motorraum (bei der Integration der Elektromotoreinheit in die Vorderachse) umfasst weiterhin zwei Aggregatlager 14, die jeweils die Funktion einer Pendelstütze haben. Erfindungsgemäß ist eines der Aggregatlager 14 seitlich an dem Gehäuse des Getriebes 16 und das zweite Aggregatlager 34 seitlich an dem Endabschnitt des Gehäuses 18 des Antriebsmotors befestigt. Die Aggregatlager 14 umfassen jeweils einen Träger 34 (z. B. aus Aluminiumdruckguss). Einer der Träger 34 ist mit dem (Endabschnitt des) Gehäuse(s) 18 des Antriebsmotors und der andere Träger 34 mit dem Gehäuse des Getriebes 16 verbunden (verschraubt). Beide Träger 34 sind weiterhin jeweils mit einem Lagerbolzen eines Elastomerlagers 36 verbunden, die jeweils in einem Elastomerkörper aufgenommen sind. Die Elastomerkörper sind wiederrum jeweils in einer Hülse (aus Metall; nicht dargestellt)) gelagert. Die Hülsen sind jeweils mit zwei Längsstreben (nicht dargestellt) verbunden, über die die Elastomerlager 36 an einen vorderen Hilfsrahmen (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs angebunden sind.
Bei der Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Hinterachse erfolgt deren Lagerung mittels vier Aggregatträgern 12, die die Elektromotoreinheit 10 in einem hinteren Hilfsrahmen 36 des Kraftfahrzeugs hängend abstützen. Dabei umfassen zwei der Aggregatträger 12 jeweils eine Konsole 26 (z. B. aus Aluminiumdruckguss) sowie ein damit verbundenes Elastomerlager 28. Die Konsole 26 des einen Aggregatträgers 12 ist mit dem Gehäuse 18 des Antriebsmotors und die Konsole 26 des anderen Aggregatträgers 12 mit dem Gehäuse des Getriebes 16 verschraubt. Dabei erfolgt die Anbindung der Konsolen an denselben Schnittstellen (Gewindebohrungen) der Elektromotoreinheit 10, wie die Anbindung der Konsolen 26 der Aggregatträger 12 bei der Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Vorderachse.
Die zwei weiteren Aggregatträger 12 (bei der Integration der Elektromotoreinheit in die Hinterachse) umfassen keine Konsolen. Vielmehr sind die Elastomerlager 28 direkt über entsprechende Lagerbolzen mit der Elektromotoreinheit 10 verbunden. Auch hier erfolgt die Verbindung über dieselben Schnittstellen (Gewindebohrungen), die auch für die Anbindung der Aggregatlager 14 bei der Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Vorderachse vorgesehen sind.
Bei der Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Vorderachse, bei der z. B. ein vollelektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann (gegebenenfalls ergänzt durch einen sogenannten Range-Extender), umfasst die Elektromotoreinheit 10 weiterhin noch einen Gleichspannungswandler 38. Dieser ist mit dem Gehäuse 18 des Antriebsmotors verbunden und dient dazu, ein 12 V-Bordnetz des Kraftfahrzeugs über die Traktionsbatterie (400 V) mit elektrischer Energie zu versorgen. In der bei dieser Integration stehenden Ausrichtung der Elektromotoreinheit 10 ist eine nach vorne, d. h. senkrecht zur Hochachse 40 ausgerichtete Anordnung des Gleichspannungswandlers 38 vorgesehen.
Bei dem für die Integration der Elektromotoreinheit 10 in die Hinterachse vorgesehen Verschwenken um ca. 90° würde sich eine Anordnung des Gleichspannungswandlers 38 unterhalb des Antriebsmotors ergeben. Dadurch würde die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs eingeschränkt. Es ist daher vorgesehen, den Gleichspannungswandler 38 bei dieser Integration nicht in die Elektromotoreinheit 10 zu integrieren. Vielmehr kann auf diesen verzichtet werden, wenn z. B. von einem in dem Motorraum angeordneten und die Vorderachse antreibenden Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) mittels eines Generators elektrische Leistung mit Niederspannung zur Verfügung gestellt wird und daher das Bordnetz nicht von der Traktionsbatterie versorgt werden muss. Alternativ kann, wenn eine solche Versorgung des Bordnetzes von der Traktionsbatterie gewollt ist, der Gleichspannungswandler 38 auch an beliebiger Stelle, vorzugsweise in dem Motorraum oder in der Nähe der Traktionsbatterie angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

10: Elektromotoreinheit
12: Aggregatträger
14: Aggregatlager
16: Getriebe
18: Gehäuse
20: Leistungselektronik
22: Gelenkwelle
24: Rad
26: Konsole
28: Elastomerlager
30: Hülse
32: Adapterteil
34: Träger
36: Hilfsrahmen
38: Gleichspannungswandler
40: Hochachse

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Vorderachse, einer Hinterachse und einer Elektromotoreinheit (10) zum Antrieb einer der Achsen, wobei die Elektromotoreinheit (10) einen elektrischen Antriebsmotor sowie eine an dem elektrischen Antriebsmotor angeordnete Leistungselektronik (20) umfasst, wobei Anbindungsstellen zur Integration der Elektromotoreinheit (10) sowohl in die Vorderachse als auch in die Hinterachse vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leistungselektronik (20) in einer radialen Richtung bezüglich einer Abtriebswelle des Antriebsmotors von dem Antriebsmotor erstreckt, wobei bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Hinterachse die radiale Richtung mit der Hochachse (40) des Kraftfahrzeugs einen Winkel zwischen 45° und 90° einschließt.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoreinheit (10) ein an dem Antriebsmotor angeordnetes Getriebe (16) umfasst.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoreinheit (10) als Koaxialelektromotoreinheit ausgebildet ist, wobei eine Ausgangswelle des Getriebes (16) koaxial innerhalb einer Abtriebswelle des Antriebsmotors angeordnet ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Hinterachse – die Elektromotoreinheit (10) ein den Antriebsmotor umgebendes Gehäuse (18) umfasst, und – mindestens vier Aggregatträger (12) vorgesehen sind, die die Elektromotoreinheit (10) an einen Hilfsrahmen (36) des Kraftfahrzeugs anbinden, wobei mindestens zwei Aggregatträger (12) an dem Getriebe (16) und mindestens zwei Aggregatlager (12) an dem Gehäuse (18) befestigt sind.
Kraftfahrzeug gemäß einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Vorderachse die radiale Richtung mit der Hochachse (40) des Kraftfahrzeugs einen Winkel zwischen 0° und 45° einschließt.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Vorderachse – die Elektromotoreinheit (10) ein den Antriebsmotor umgebendes Gehäuse (18) umfasst, – die Elektromotoreinheit (10) hängend an mindestens zwei Aggregatträgern (12) aufgehängt ist, wobei ein erster Aggregatträgern (12) an dem Getriebe (16) und ein zweiter Aggregatträger (12) an dem Gehäuse (18) befestigt ist, und – mindestens zwei Aggregatlager (14) vorgesehen sind, die die Elektromotoreinheit (10) an einen Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs anbinden, wobei ein erstes Aggregatlager (14) an dem Getriebe (16) und ein zweites Aggregatlager (14) an dem Gehäuse (18) befestigt ist.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatträger (12) an Längsträgern einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt sind.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) einen Endabschnitt aufweist, der den Antriebsmotor an dem dem Getriebe (16) gegenüberliegenden Ende überragt, und wobei die an dem Gehäuse (18) befestigten Aggregatträger (22) und/oder Aggregatlager (36) an dem Endabschnitt des Gehäuses (18) befestigt sind.
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoreinheit (10) einen Kühlmantel umfasst, wobei der Kühlmantel in einen zwischen dem Endabschnitt und dem Getriebe (16) liegenden Abschnitt des Gehäuses (18) integriert ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Vorderachse ein Gleichspannungswandler (38) in die Elektromotoreinheit (10) integriert ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Integration der Elektromotoreinheit (10) in die Hinterachse ein Verbrennungsmotor zum Antrieb der Vorderachse vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Batteriesystem zur Versorgung der Elektromotoreinheit (10) mit elektrischer Energie sowie ein Kühlsystem, dass sowohl die Elektromotoreinheit (10) als auch das Batteriesystem kühlt.