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Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung eines elektrischen Antriebsstrangs an einem Kraftwagenrohbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftwagen mit einer solchen Lagerungsanordnung.
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Eine derartige Lagerungsanordnung ist beispielsweise bereits aus der
DE 20 2010 007 408 U1 bekannt und umfasst eine Rahmenstruktur, welche am Kraftwagenrohbau im Bereich jeweiliger Dämpferbeindome sowie im Bereich unterhalb davon festgelegt ist und durch welche ein Antriebsstrang mit wenigstens einem elektrischen Antrieb getragen ist.
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Wird ein Antriebsstrang mit wenigstens einem elektrischen Antrieb eingesetzt, so sind zu dessen Halterung am Kraftwagenrohbau spezifische Erfordernisse zu erfüllen. Insbesondere ist dabei zu berücksichtigen, dass der elektrische Antrieb hochfrequente Schwingungen in dem Kraftwagenrohbau eintragen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lagerungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche insbesondere hinsichtlich des Verhaltens bei Geräuschen, Vibrationen und bei Rauheit (NHV-Verhalten) optimiert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagerungsanordnung sowie durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 beziehungsweise 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Um eine Lagerungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche insbesondere hinsichtlich des Verhaltens bei Geräuschen, Vibrationen und bei Rauheit (NHV-Verhalten) optimiert ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebsstrang über eine Antriebsstranglagerung schwingungsentkoppelt an der Rahmenstruktur gelagert ist und dass die Rahmenstruktur über eine Rahmenstrukturlagerung schwingungsentkoppelt an dem Kraftwagenrohbau gelagert ist. Mit anderen Worten ist die Rahmenstruktur, welche den Antriebsstrang trägt, einerseits unter Vermittlung einer entsprechenden Rahmenstrukturlagerung schwingungsentkoppelt am Kraftwagenrohbau gelagert und weist andererseits eine Antriebsstranglagerung auf, über welche der Antriebsstrang schwingungsentkoppelt an der Rahmenstruktur gehalten ist. Insgesamt ergibt sich somit eine Schwingungsentkopplung zwischen dem Antriebsstrang und der Rahmenstruktur sowie zwischen der Rahmenstruktur und dem Kraftwagenrohbau, welche in besonders positiver Weise das NHV-Verhalten beeinflusst. Es ist zu berücksichtigen, dass gerade elektrische Antriebe bzw. Motoren hochfrequente Schwingungen verursachen, welche zu einer erheblichen Geräusch- und Vibrationsentwicklung führen können. Durch das Vorsehen einer entsprechenden Antriebsstranglagerung und einer Rahmenstrukturlagerung können diese unerwünschten Geräusche und Vibrationen jedoch zumindest weitestgehend eliminiert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn die Rahmenstruktur in einem oberen Bereich an einem jeweiligen Dämpferbeindom und in einem unteren Bereich an einem jeweiligen Rohbauteil, insbesondere einem Pedalbodenquerträger, über jeweilige Lagerelemente der Rahmenstrukturlagerung gehalten beziehungsweise haltbar ist. Eine derartige Lagerung der Rahmenstruktur ermöglicht nicht nur ein optimales NHV-Verhalten der gesamten Lagerungsanordnung, sondern insbesondere auch ein optimales Verhalten bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung beispielsweise in Folge einer Frontalkollision.
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Die Rahmenstruktur ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung weicher ausgebildet als die Antriebsstranglagerung. Durch die weiche Rahmenstrukturlagerung können hierbei insbesondere hochfrequente Schwingungen, welche vom elektrischen Antrieb/Motor des Antriebsstrangs stammen, wirkungsvoll aufgenommen werden. Durch die demgegenüber steifer ausgebildete Antriebsstranglagerung ergibt sich eine optimale Halterung des Antriebsstrangs relativ zur Rahmenstruktur, ohne dass hierbei übermäßig starke Schwingungen an die Rahmenstruktur übertragen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rahmenstrukturlagerung im oberen Bereich der Rahmenstruktur zumindest im Wesentlichen eine Drehachse ausbildet, um welche die Rahmenstruktur bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in Folge einer Frontalkollision verlagerbar ist. Da sich somit der Antriebsstrang entsprechend um die Drehachse drehen kann, ergibt sich ein optimales Ansprechverhalten der unterhalb der Rahmenstruktur angeordneten Längsträger, sodass die Rahmenstruktur keinen Block bildet und keinen negativen Einfluss auf das Energieabsorptionsvermögen und die gleichmäßige Absorption von Aufprallenergie der Vorbaustruktur des Kraftwagenrohbaus hat.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rahmenstruktur aus einer Mehrzahl von Bauteilen unterschiedlicher Bauweise hergestellt. Somit lässt sich eine äußerst bedarfsgerechte Konstruktion der Rahmenstruktur realisieren, welche hinsichtlich Herstellung und insbesondere auch hinsichtlich des Gewichts optimiert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rahmenstruktur pro Seite eine jeweilige, in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende, zumindest im Wesentlichen vertikale Ringstruktur aufweist. Hierdurch lässt sich eine besonders günstige Längssteifigkeit der Rahmenstruktur erreichen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Rahmenstruktur eine in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeughochrichtung verlaufende, zumindest im Wesentlichen vertikale Ringstruktur auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige, hohe Quersteifigkeit der Rahmenstruktur.
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Schließlich hat es sich als außerdem vorteilhaft gezeigt, wenn die Rahmenstruktur eine in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende, zumindest im Wesentlichen horizontale Ringstruktur aufweist. Hierdurch wird ebenfalls die Quersteifigkeit der Rahmenstruktur begünstigt.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung beschriebenen Vorteile gelten in ebensolcher Weise für den Kraftwagen gemäß Patentanspruch 9.
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Dieser umfasst in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich zu der Rahmenstruktur einen Achsträger, der ebenfalls an der Vorbaustruktur des Kraftwagenrohbaus angeordnet ist. Während der Achsträger demzufolge zur Lagerung und Aufnahme jeweiliger Achsglieder oder dergleichen vorgesehen ist, dient – im Unterschied zur konventionellen Bauweise mit Verbrennungsmotor und zugehörigem Antriebsstrang – im vorliegenden Fall die separate Rahmenstruktur zur Halterung des Antriebsstrangs, welcher den wenigstens einen elektrischen Antrieb/Motor aufweist. Hierdurch erst kann eine Anbindung bzw. Lagerung des elektrischen Antriebsstrangs erzeugt werden, welche hinsichtlich des NHV-Verhaltens optimiert ist. Der Achsträger hingegen kann zur optimalen Kraftaufnahme bzw. zur integralen Ausbildung mit der Vorbaustruktur des Kraftwagenrohbaus vorzugsweise unmittelbar und ohne schwingungsentkoppelter Lagerung am Kraftwagenrohbau festgelegt werden, um hierdurch Fahrwerkskräfte oder dergleichen in optimaler Weise aufnehmen zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1 eine Perspektivansicht auf eine Vorbaustruktur eines Kraftwagenrohbaus mit einer erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung eines elektrischen Antriebsstrangs unter Vermittlung einer Rahmenstruktur sowie mit einem zusätzlich unterseitig angeordneten Achsträger;
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2 eine Perspektivansicht auf die separate dargestellte Rahmenstruktur, welche ihrerseits einen zugeordneten Antriebsstrang trägt und über welche der Antriebsstrang am Kraftwagenrohbau gehalten ist;
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3a, 3b jeweilige Perspektivansichten auf die Rahmenstruktur gemäß den 1 und 2;
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4a, 4b eine Perspektivansicht von schräg vorne oben sowie von schräg unten auf die Vorbaustruktur des Kraftwagenrohbaus mit der Lagerungsanordnung des elektrischen Antriebsstrangs analog zu 1;
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5a, 5b jeweilige schematische Seitenansichten der prinzipiellen Anordnung des Antriebsstrangs am Kraftwagenrohbau unter Vermittlung der Rahmenstruktur sowie des Unfallverhaltens bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in Folge einer Frontalkollision;
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6a, 6b eine zentrale Schnittansicht durch die Lagerungsanordnung des elektrischen Antriebsstrangs entlang einer im Fahrzeugmittenbereiche verlaufenden, sich in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Schnittebene sowie eine weitere Schnittansicht entlang einer versetzt dazu angeordneten Schnittebene, welche im Anbindungsbereich der Rahmenstruktur an dem Kraftwagenrohbau verläuft;
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7a, 7b, 7c jeweilige Perspektivansichten der Rahmenstruktur gemäß der Erfindung, wobei jeweilige Ringstrukturen dieser Rahmenstruktur kenntlich gemacht sind; und in
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8 eine schematische Darstellung der Lagerung jeweiliger Fahrwerks- und Antriebsstrangkomponenten am Kraftwagenrohbau.
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In 1 ist in einer Perspektivansicht von schräg oben vorne eine Vorbaustruktur 10 eines Kraftwagenrohbaus 11 bzw. einer Kraftwagenkarosserie eines Personenkraftwagens dargestellt. Von dieser Vorbaustruktur 10 sind insbesondere zwei Längsträger 12 einer Hauptlängsträgerebene erkennbar, auf welche beidseitig jeweilige Dämpferbeindome 14 aufgesetzt sind. Ausgehend von diesen Dämpferbeindomen 14 erstrecken sich jeweilige Längsträger 16 einer oberen Längsträgerebene nach vorne hin, welche sich über jeweilige Stützen 18 an den vorderen Enden der zugehörigen Längsträger 12 der Hauptlängsträgerebene in Fahrzeughochrichtung abstützen. Im hinteren Bereich der Vorbaustruktur 10 ist außerdem eine Stirnwand 20 erkennbar, welche eine dahinterliegende Fahrgastzelle der Kraftwagenkarosserie nach vorne hin begrenzt. Diese Stirnwand 20 geht im Bereich eines im Weiteren unter Bezugnahme auf in 4b erläuterten und dort erkennbaren Pedalbodenquerträger 68 in einen schräg zur Stirnwand 20 verlaufenden Pedalboden 70 über.
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Weiterhin erkennbar ist in 1 eine Lagerungsanordnung eines elektrischen Antriebsstrangs 22 unter Vermittlung einer Rahmenstruktur 24 an der Vorbaustruktur 10 des Kraftwagenrohbaus.
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Schließlich ist in 1 außerdem ein als Integralträger ausgebildeter Achsträger 26 erkennbar, welcher unterseitig der jeweiligen Längsträger 12 der Hauptlängsträgerebene angeschraubt ist. Dieser umfasst zwei Längsträger 28 einer dritten, untersten Längsträgerebene, welche über jeweilige Querträger 30 rahmenartig miteinander verbunden sind. Der Achsträger 26 dient dabei zur Aufnahme jeweiliger Komponenten der vorderen Fahrzeugachse sowie zur Aufnahme entsprechender Radführungsglieder, nicht jedoch zur Abstützung des Antriebsstrangs 22.
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Vom Antriebsstrang 22 sind in 2 als wesentliche Bestandteile ein elektrischer Antrieb 32 mit einem Elektromotor 34, einer Getriebeeinheit 36, einem elektrischen Kältemittelverdichter 38 und einer Steuerelektronik 40. Insbesondere erkennbar sind zudem jeweilige, vorliegend am Gehäuse des elektrischen Antriebs 32 angegossene Lagerarme 42, 44, welche zur Halterung des gesamten elektrischen Antriebsstrangs 22 an der Rahmenstruktur 24 dienen. Diese Halterung wird im Weiteren unter Zusammenschau mit den 5a bis 6b noch näher erläutert werden.
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In den 3a und 3b wird die konkrete Ausgestaltung der Rahmenstruktur 24 erkennbar. Diese Rahmenstruktur 24 umfasst zunächst pro Fahrzeugseite eine jeweilige Längsbrücke 46, 48 mit zugehörigem, separatem Oberteil 49. Die beiden Längsbrücken 46, 48 sind dabei oberseitig durch eine vordere und eine hintere Quertraverse 50, 52 sowie unterseitig durch eine untere Quertraverse 54 miteinander verbunden. Außerdem ist die untere Quertraverse 54 über jeweilige, seitliche Hochtraversen 56, 58 mit der jeweils zugehörigen Längsbrücke 46, 48 verbunden. Die Rahmenstruktur 24 ist im vorliegenden Fall aus einer Mehrzahl von separaten Bauteilen zusammengesetzt, welche ihrerseits in unterschiedlichen Bauweisen hergestellt sind. So sind die jeweiligen Längsbrücken 46, 48 sowie die untere Quertraverse 54 als Gussbauteile gestaltet, welche entsprechende Versteifungsrippen und Lager- bzw. Anbindungsstellen auf einfache Weise aufweisen können. Die beiden oberen Quertraversen 50, 52 sowie die Hochtraversen 56, 58 sind vorliegende als Strangpressbauteile aus einer Metalllegierung gebildet, wobei diese gegebenenfalls nach dem Strangpressen noch umgeformt sein können. Diese Strangpressteile sind somit einfach zu gestalten und über geeignete Verbindungen, beispielsweise Fügverbindungen, formschlüssige Verbindungen und/oder mechanische Verbindungen unter Zuhilfenahme von Schraubelementen oder dergleichen auf einfache Weise mit den jeweiligen anderen Bauelemente zu verbinden. Durch die vorliegende gewählte Mischbauweise kann zudem eine besonders gewichtsgünstige und steife Rahmenstruktur 24 geschaffen werden. Zudem kann durch die gewählten Schraubverbindungen der Antriebsstrang 22 innerhalb des durch die Rahmenstruktur 24 umgrenzten Raums angeordnet werden.
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Anhand der 4a und 4b ist im Weiteren die Lagerung des Antriebsstrangs 22 bzw. der Rahmenstruktur 24 an der Vorbaustruktur 10 des Personenkraftwagens erkennbar. Die beiden Längsbrücken 46, 48 der Rahmenstruktur 24 sind dabei unter Vermittlung jeweiliger Lagerelemente 60 einer Rahmenstrukturlagerung 62 am Kraftwagenrohbau, genauer gesagt an den jeweiligen Dämpferbeindomen 14 gelagert bzw. aufgehängt. Die Lagerelemente 60 sind dabei ihrerseits durch jeweilige Aufhängungselemente 64 an den zugehörigen Dämpferbeindomen 14 fixiert. Zur Abstützung auf den jeweiligen Lagerelementen 60 weisen jeweilige Oberteile der Längsbrücke 46, 48 eine jeweilige Stützaufnahme 66 auf, über welche die Lagerbrücken 46, 48 bzw. die Rahmenstruktur 24 insgesamt an den zugehörigen Lagerelementen 60 abgestützt ist.
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Außerdem ist die Rahmenstruktur 24 – wie dies aus der Unteransicht der Vorbaustruktur 10 gemäß 4b erkennbar ist – über ein weiteres Lagerelement 67 mit der Kraftwagenkarosserie verbunden. Dieses Lagerelement 67 ist seinerseits an einem Pedalbodenquerträger 68 angeordnet, welcher sich zwischen den jeweiligen Längsträgern 12 der Hauptlängsträgerebene erstreckt und in dessen Bereich die Stirnwand 20 in einen schräg dazu verlaufenden Pedalboden 70 übergeht. Es ist klar, dass anstelle dieser hier vorliegenden, zentralen bzw. in der Fahrzeugmitte vorgesehenen Abstützung auch eine andersartige Lagerung bzw. Abstützung der Rahmenstruktur 24 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten möglich wäre. Im vorliegenden Fall ist das Lagerelement 67 so innerhalb einer insgesamt mit 72 bezeichneten Pendelstütze aufgenommen, dass lediglich in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Kräfte aufgenommen werden. Natürlich können gegebenenfalls auch in Fahrzeughochrichtung oder in Fahrzeugquerrichtung entstehende Kräfte abgestützt werden. Das Lagerelement 67 bildet dabei zusammen mit den Lagerelementen 60 die Rahmenstrukturlagerung 62, über welche die Rahmenstruktur 24 rohbauseitig an der Vorbaustruktur 10 des Kraftwagenrohbaus abgestützt ist.
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Der Antriebsstrang 22 ist – wie dies insbesondere aus einer Zusammenschau mit 6b erkennbar ist – über zwei jeweilige, pro Längsbrücke 46, 48 vorgesehen Lagerelemente 74, 76 an der Rahmenstruktur 24 gelagert. Die Lagerelemente 74, 76 bilden dabei eine Rahmenstrukturlagerung 62. Die jeweiligen Lagerelemente 74, 76 sind dabei in jeweiligen Lageraugen 80 (3b) der beiden Längsbrücken 46, 48 aufgenommen und nehmen ihrerseits die jeweiligen Lagerarme 42, 44 auf, welche bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben worden sind.
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Die 5a, 6a und 6b verdeutlichen hierbei nochmals insgesamt einerseits die Lagerung des Antriebsstrangs 22 an der Rahmenstruktur 24 – unter Vermittlung der Antriebsstranglagerung 78 und die Lagerung der Rahmenstruktur 24 an dem Kraftwagenrohbau unter Vermittlung der Rahmenstrukturlagerung 62. Hierbei ist festzuhalten, dass die Rahmenstrukturlagerung 62, mit welcher die Rahmenstruktur 24 rohbauseitig abgestützt ist, weicher ausgebildet ist als die Antriebsstranglagerung 78, mit welcher der Antriebsstrang 22 gegenüber der Rahmenstruktur 24 abgestützt ist. Durch die relativ weiche Rahmenstrukturlagerung 62 können dabei insbesondere hochfrequente Schwingungen, welche durch den elektrischen Antrieb 32 entstehen, wirksam aufgenommen bzw. eine Einleitung in den Kraftwagenrohbau vermieden werden. Die demgegenüber steifere Ausgestaltung der Antriebsstranglagerung 78 bewirkt hingegen einen guten Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung sowie gut fahrdynamische Eigenschaften in Folge der relativ steifen Anordnung innerhalb der Rahmenstruktur 24. Zudem ergeben sich durch diese Art der Antriebsstranglagerung 78 Vorteile bei einer Frontalkollision des Kraftwagens, wie diese in 5b angedeutet ist. Hierbei ist zudem erkennbar, dass bei einer derartigen Frontalkollision, bei welcher unter anderem sowohl die Längsträger 12 der Hauptlängsträgerebene als auch die darunter angeordneten Längsträger 28 des Achsträgers 26 entsprechend unter Energieabsorption deformiert werden, die Rahmenstruktur 24 – und damit natürlich auch der Antriebsstrang 22 – um eine in Fahrzeugquerrichtung und horizontal verlaufende gedachte Drehachse d gemäß dem Pfeil 82 verschwenkt wird, wobei die Drehachse d durch die Anbindungspunkte der Rahmenstruktur 24 an den jeweiligen Lagerelementen 60 der Rahmenstrukturlagerung 62 läuft. Das untere Lagerelement 67 am Pedalbodenquerträger 68 ist dabei entsprechend nachgiebig gestaltet. Hierdurch wird bei einer entsprechenden Frontalkollision eine übermäßige Blockbildung durch die Rahmenstruktur 24 bzw. den Antriebsstrang 22 vermieden.
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Die 7a, 7b und 7c zeigen anhand der Rahmenstruktur 24 jeweils durch diese gebildete Ringstrukturen. Zum einen ist in 7a eine vertikal und in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Ringstruktur 84 angedeutet, welche durch die untere Quertraverse 54, die hintere obere Quertraverse 52, die Hochtraversen 56, 58 sowie die jeweiligen Längsbrücken 46, 48 gebildet ist. 7b zeigt hingegen eine horizontal und in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Ringstruktur 86, welche durch die beiden Längsbrücken 47, 48 sowie die vordere und hintere, obere Quertraverse 50, 52 gebildet wird. Schließlich zeigt 7c jeweilige seitliche Ringstrukturen 88, welche im Wesentlichen durch die jeweiligen Längsbrücken 46, 48 und die darauf aufgesetzten Oberteile 49 gebildet werden. Jede dieser Ringstrukturen 84, 86, 88 dient zur Versteifung der Rahmenstruktur 24 in Richtung der jeweiligen Ebene der zugehörigen Ringstruktur 84, 86, 88.
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8 zeigt schließlich eine schematische Darstellung, auf welche Art und Weise Kräfte und Momente in den Kraftwagenrohbau 11 bzw. Fahrzeugaufbau eingeleitet werden. Zunächst erkennbar ist dabei die Lagerungsanordnung des Antriebsstrangs 22 unter Vermittlung der Rahmenstruktur 24 am Kraftwagenrohbau im Bereich der Vorderachse 90, wobei hierbei die beiden Lagerungen – die Rahmenstrukturlagerung 62 und die Antriebsstranglagerung 78 – erkennbar sind. Eine angedeutete Anregung 104, welche ein Heulen in Folge entsprechender Drehungen oder dergleichen bewirken könnte, wird dabei im Bereich der Vorderachse 90 aufgenommen.
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Außerdem ist im Bereich der Vorderachse 90 erkennbar, dass ein entsprechendes Fahrwerk 91 über entsprechende Feder- und Dämpfungselemente 92 und Gummilager 93 am Kraftwagenrohbau abgestützt sind. Hierdurch wird auch eine Anregung 105 beim Abrollen aufgenommen.
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Im Bereich einer Hinterachse 94 ist ein Fahrwerk 96, eine weitere elektrische Maschine 98 und ein Hinterachs-Fahrschemel 100 angedeutet, welche über jeweilige Feder- und Dämpferelemente 102 auf die dargestellte Weise am Fahrzeugaufbau 11 abgestützt sind. Hierbei wird eine Anregung 106 durch Abrollen und eine Anregung 107 durch Heulen in Folge entsprechender Drehungen oder dergleichen aufgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010007408 U1 [0002]