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Die Erfindung betrifft ein Radmodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein um einen Lenkwinkel verdrehbares Rad mit einem Radnabenantrieb zum Antrieb des Rades, wobei das Rad über ein Federbein zumindest mittelbar mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Federbein für ein solches Radmodul sowie ein Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2017 106 826 A1 geht ein Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs hervor, umfassend ein in einer Karosserie aufgenommenes Federbeinlager zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins. Das Federbein umfasst einen Dämpfer mit einer zumindest teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange umfasst, die in einer oberen Linearführung axial geführt und an einem unteren Ende mit einer Radgabel zur Aufnahme eines Rades verbunden ist, wobei die Radgabel in einer unteren Linearführung axial geführt und über ein Federelement am Federbeinlager abgestützt ist. Das Federbein weist ferner einen Lenkaktuator zur Verstellung eines Lenkwinkels auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Radmodul sowie ein Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs weiterzuentwickeln, und insbesondere eine platzsparende Ausbildung zu realisieren. Diese Aufgabe wird durch ein Radmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Federbein mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Radmodul für ein Kraftfahrzeug umfasst ein um einen Lenkwinkel verdrehbares und zumindest mittelbar antreibbares Rad, wobei das Rad über ein Federbein zumindest mittelbar mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei das Federbein ein Fluidführungselement mit einem stationär festgelegten ersten Element und einem relativ zum ersten Element drehbaren zweiten Element aufweist, wobei das erste Element zumindest mittelbar mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs und das zweite Element zumindest mittelbar mit dem Rad verbunden sind, und wobei die beiden Elemente miteinander in Verbindung stehende, durchgehende Ausnehmungen aufweisen, die zur Fluidversorgung des Radnabenantriebs eingerichtet sind.
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Das Rad ist vorzugsweise mit einem Radnabenantrieb zum Antrieb des Rades wirkverbunden, welcher das Rad mit einer Drehzahl antreibt. Der Radnabenantrieb ist insbesondere als elektrische Maschine ausgebildet und weist einen Stator sowie einen relativ dazu drehantreibbaren Rotor auf. Der Stator ist zumindest mittelbar mit dem Federbein sowie weiteren Bauteilen zur Radaufhängung verbunden, wobei der Rotor mit dem Rad des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist. Der Radnabenantrieb wird insbesondere über eine elektrische Leitung mit elektrischer Energie und über eine Fluidleitung mit einem Fluid, insbesondere einem Kühlmedium versorgt, wobei das Radmodul dazu eingerichtet ist, wenigstens die Fluidversorgung, insbesondere eine Kühlmittelversorgung des Radnabenantriebs in das Innere des Federbeins zu verlegen. Dadurch wird ein Bauraum im oberen Anbindungsbereich des Federbeins an die Karosserie eingespart, da auf aufwendige und Bauraum erfordernde Leitungsführungen in einem das Radmodul aufnehmenden Radkasten verzichtet werden kann. Mit anderen Worten wird zumindest das Kühlmedium durch das Federbein, insbesondere durch die Ausnehmungen des Fluidführungselements hindurch und anschließend zum Radnabenantrieb geführt. Ferner kann das Fluidführungselement dazu eingerichtet sein, elektrische Leitungen in das Federbein zu integrieren. Weiterhin kann das Fluidführungselement auch seitlich neben dem Federbein angeordnet sein.
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Zudem ist das Radmodul derart ausgebildet, dass ein Lenkwinkel bzw. ein Radlenkwinkel des jeweiligen Rades von mindestens 135° erreicht wird. Das Rad ist dazu vorzugsweise an einer Radgabel angeordnet, wobei die Radgabel zumindest mittelbar mittels eines Lenkaktuators um bis zu jeweils 90° nach links und rechts um eine Längsachse des Federbeins verdrehbar ist. Der Lenkaktuator ist in einem Fahrzeuginnenraum angeordnet und kann die Radgabel derart steuern, dass es zusammen mit dem Rad in einem beliebigen Winkel, und zwar ausgehend von einer in Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs bis zu jeweils 90° nach links und rechts verschwenkt. Der gesamte Lenkwinkelbereich beträgt somit insgesamt 180°. Es ist aber auch denkbar einen größeren Lenkwinkelbereich abzudecken. Sind mehrere Radmodule an den Achsen des Kraftfahrzeugs angeordnet, ermöglicht eine Verdrehung der Räder um bis zu 90° ein vereinfachtes seitliches beziehungsweise schräges Einparken mit minimaler Platzerfordernis. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug dadurch zur Seite oder um die eigene Achse lenkbar. Alternativ ist es auch denkbar, lediglich die Räder der Vorderachse um bis zu 90 Grad zu verschwenken, um das Kraftfahrzeug um einen Drehpunkt, der in der Mitte der Hinterachse angeordnet ist, zu wenden. Analog dazu ist das Kraftfahrzeug um die Front drehbar, wenn nur die Räder der Hinterachse des Kraftfahrzeugs die erfindungsgemäßen Federbeine aufweisen.
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Durch die Integration der Fluidführung in das Federbein bzw. in das Fluidführungselement des Federbeins kann das Einstellen des gewünschten Lenkwinkels des Rades einfacher realisiert werden, da ein Vorhalten von langen Leitungsschleifen, die die Einstellung eines Lenkwinkelbereichs von mindestens 135° ermöglichen, nicht mehr erforderlich ist. Zudem wird ein unerwünschtes Kontaktieren des sich drehenden Rades mit den sonst außerhalb am Radmodul geführten Leitungen verhindert. Mithin wird der erforderliche Bauraum, der bisher zur Aufnahme der Leitungsschleifen vorgesehen war, reduziert.
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Das Fluidführungselement besteht wenigstens aus dem ersten und zweiten Element, wobei entweder das erste Element als Innenring und das zweite Element als Außenring ausgebildet sind oder das erste Element als Außenring und das zweite Element als Innenring ausgebildet sind. Der Außenring weist dazu einen hülsenförmigen Abschnitt auf, der den Innenring zumindest teilweise aufnimmt. Vorzugsweise sind räumlich zwischen dem Innenring und dem Außenring Wälzkörper angeordnet, um die beiden Elemente relativ zueinander verdrehbar anzuordnen. Die Wälzkörper bestimmen die Position der beiden Elemente relativ zueinander. Alternativ kann das hier beschriebene Wälzlager auch als Gleitlager ausgeführt sein.
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Die Ausnehmungen am Innenring sowie am Außenring sind fluidisch miteinander verbunden und bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass ein Fluid, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit innerhalb der Ausnehmungen geführt sind, wobei das Fluid dabei von einem Ende des Fluidführungselements durch die beiden Ausnehmungen hindurch zum anderen Ende des Fluidführungselements fließen bzw. strömen kann.
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Zur Abdichtung des Fluidführungselements ist räumlich zwischen dem Innenring und dem Außenring wenigstens ein Dichtelement angeordnet ist. Das jeweilige Dichtelement kann dabei je nach Anordnung des ersten und zweiten Elements zueinander sowohl radial als auch axial zwischen dem Innen- und Außenring angeordnet sein. Durch den Einsatz mehrerer Dichtelemente kann eine Dichtwirkung des Fluidkanals gegenüber der Außenatmosphäre verbessert werden. Ferner wird der Fluidkanal im Fluidführungselement vor Schmutz und Feuchtigkeit geschützt, sodass eine funktionsgemäße Kühlung des Radnabenantriebs möglich ist.
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Bevorzugt ist am Innenring und/oder am Außenring wenigstens eine Nut zur Aufnahme des jeweiligen Dichtelements angeordnet. Dadurch wird die Position des jeweiligen Dichtelements im Fluidführungselement gesichert und eine optimale Dichtwirkung sichergestellt.
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Vorzugsweise ist am Innenring und/oder am Außenring im Bereich der jeweiligen Ausnehmung ein Innengewinde zur Aufnahme einer jeweiligen Leitung ausgebildet. Ein erstes axiales Ende des Fluidführungselements wird durch eine Stirnseite des Innenrings und ein zweites axiales Ende des Fluidführungselements wird durch den Außenring bereitgestellt, wobei an den axialen Enden die jeweilige Ausnehmung ausgebildet ist, die sich axial in Richtung des Innenrings bzw. des Außenrings erstreckt. An der nach außen gerichteten, axialen Stirnfläche des Innenrings bzw. des Außenrings ist das jeweilige Innengewinde ausgebildet, das jeweils als Anschluss für eine separate Leitung, insbesondere für eine Fluidleitung dient. Die Leitung weist jeweils ein Außengewinde auf, das komplementär zu dem jeweiligen Innengewinde des Fluidführungselement ausgebildet ist. Mithin ist das Fluidführungselement Teil einer Fluidversorgung, wobei das Fluidführungselement aufgrund der beiden relativ zueinander verdrehbaren Elemente eine beliebige Verdrehung des Rades relativ zur Karosserie ermöglicht.
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Das jeweilige Innengewinde ist beispielsweise koaxial zu den Ausnehmungen angeordnet. Mit anderen Worten ist das jeweilige Innengewinde an einer stirnseitigen Öffnungen des Fluidführungselements angeordnet. Der Innenring und/oder der Außenring können alternativ derart ausgebildet sein, dass das jeweilige Innengewinde am Innenring und/oder am Außenring in einem Winkel zur Längsachse des Innen- bzw. Außenrings angeordnet ist. Es ist somit denkbar, die Anschlüsse abgewinkelt auszuführen.
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Ein erfindungsgemäßes Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs weist ein Fluidführungselement mit einem stationär festgelegten ersten Element und einem relativ zum ersten Element drehbaren zweiten Element auf, wobei das erste Element zumindest mittelbar mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs und das zweite Element zumindest mittelbar mit dem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden sind, und wobei die beiden Elemente miteinander in Verbindung stehende, durchgehende Ausnehmungen aufweisen, die zur Fluidversorgung des Radnabenantriebs eingerichtet sind.
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Das Federbein kann Teil eines Radmoduls, bestehend wenigstens aus einem Fahrzeugrad mit einem Radnabenantrieb, einem Federelement sowie einer Radgabel sein. Die Radgabel kann ferner eine Schwinge und eine über eine Lagerung damit verbundene und schwenkbar dazu angeordnete Gabel umfassen. Das Federbein kann dabei zum einen an der Schwinge und zum anderen an der Gabel befestigt sein. Die Gabel kann zudem an der Karosserie drehbar gelagert sein. Ferner kann das Radmodul einen Dämpfer aufweisen, der während der Fahrt als Stoßdämpfer beziehungsweise als Schwingungsdämpfer wirkt und die während der Fahrt erzeugten Schwingungen des Kraftfahrzeugs abklingen lässt.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst mindestens eine Kraftfahrzeugachse mit wengistens zwei der vorher beschriebenen Radmodulen oder mit wengistens zwei der vorher beschriebenen Federbeinen. Das Radmodul und/oder das Federbein kann in einem jeweiligen Radkasten des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, der dazu ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei die jeweiligen das erfindungsgemäße Federbein aufweisenden Räder bevorzugt mittels eines jeweiligen Radnabenantriebs angetrieben werden. Dabei kann auf eine von außen zugeführte Antriebswelle verzichtet werden, wodurch zum einen der Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugantriebs erhöht und zum anderen eine Verdrehung des Federbeins in einem relativ großen Lenkwinkelbereich, insbesondere von mindestens 135°, vorzugsweise bezogen auf eine Geradeausfahrtrichtung des Rades um jeweils 90° nach links und nach rechts möglich ist. Der Radnabenantrieb kann sowohl axial an das jeweilige Rad angrenzend angeordnet sein und mittels eines elektrischen Motors angetrieben werden. Alternativ kann der Radnabenantrieb auch innerhalb des Rades beziehungsweise der Felge integriert sein, wodurch der Hohlraum des Rades optimal genutzt wird.
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Mindestens eine, vorzugsweise alle Kraftfahrzeugachsen eines Kraftfahrzeugs weisen jeweils zwei Radmodule und/oder mit einem Federbein der vorbeschriebenen Art auf. Dabei sind die Federbeine beispielsweise zumindest teilweise in Dachträgersäulen des Kraftfahrzeugs, insbesondere in den A-Säulen und C-Säulen, aufgenommen bzw. integriert. Vorteilhaft ist dabei die platzsparende Anordnung des jeweiligen Radmoduls sowie des jeweiligen Federbeins in der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Dabei sind die Federbeine vorzugsweise senkrecht in der Karosserie angeordnet, wobei alternativ eine der Geometrie und der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs angepasste schräge Anordnung des jeweiligen Federbeins möglich ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Radmoduls eines Kraftfahrzeugs zur Veranschaulichung der Anordnung eines erfindungsgemäßen Federbeins an der Karosserie des Kraftfahrzeugs, und
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Fluidführungselements des Radmoduls gemäß 1.
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Gemäß 1 umfasst ein Radmodul für ein hier nicht dargestelltes Kraftfahrzeug ein um einen Lenkwinkel verdrehbares Rad 1 mit einem Radnabenantrieb 2 zum Antrieb des Rades 1, wobei der Radnabenantrieb 2 einen hier nicht dargestellten Elektromotor umfasst. Das Rad 1 ist zum einen an einem Federbein 3 aufgenommen, das das Rad 1 gegenüber einer Karosserie 4 abstützt. Des Weiteren ist das Rad 1 an einer Radgabel 12 angeordnet, wobei die Radgabel 12 mittels eines Lenkaktuators 13 derart betätigbar ist, dass das Rad 1 um bis zu jeweils 90° nach links und rechts um eine Längsachse des Federbeins 3 verdrehbar ist. Somit liegt der gesamte einstellbare Lenkwinkelbereich bei 180°.
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Das Kraftfahrzeug kann mehrere Achsen aufweisen, an denen jeweils wenigstens zwei Federbeine 3 angeordnet sind, wobei die Federbeine 3 beispielsweise in einer jeweiligen Dachträgersäule, insbesondere einer A-Säule und/oder einer C-Säule aufgenommen sein können. Die Räder 1 jeder Achse des Kraftfahrzeugs werden gemeinsam mit einem im Wesentlichen identischen Winkel beziehungsweise geringen Lenkwinkelunterschied verdreht, wodurch eine Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Es ist aber auch denkbar, alle Räder 1 um den gleichen Winkel zu verdrehen, wodurch insbesondere Parkmanöver mit einem minimalen Platzbedarf ausgeführt werden können.
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Im Federbein 3 ist ein Fluidführungselement 5 mit einem Innenring 6 und einem Au-ßenring 7 integriert, wobei der Außenring 7 zumindest mittelbar stationär an der Karosserie 4 festgelegt und der Innenring 6 zumindest mittelbar fest mit dem Rad 1 verbunden sind. Alternativ kann auch der Innenring 6 zumindest mittelbar stationär an der Karosserie 4 festgelegt und der Außenring 7 zumindest mittelbar fest mit dem Rad 1 verbunden sind.
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Nach 2 sind der Innenring 6 und der Außenring 7 des Fluidführungselements 5 koaxial zueinander angeordnet, wobei der Außenring 7 einen hülsenförmigen Abschnitt 7a aufweist, der dazu eingerichtet ist, den Innenring 6 teilweise aufzunehmen. Räumlich zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 7a des Außenrings 7 sind Wälzkörper 11 in jeweiligen Laufbahnen angeordnet, die den Innenring 6 relativ zum Außenring 7 positionieren und den am Rad 1 befestigten Innenring 6 relativ zum ortsfesten Außenring 7 um 360° drehbar lagern. Mithin ist das Fluidführungselement 5 als Wälzlager ausgebildet. Die Rotationsachse 17 des Fluidführungselements 5 kann koaxial zu einer Drehachse des Radmoduls bzw. der Radgabel 12 angeordnet sein. Eine im Wesentlichen parallele Anordnung der Rotationsachse des Fluidführungselements 5 zur Rotationsachse des das Rad 1 verdrehenden Radgabel 12 ist ebenfalls denkbar.
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Durch sowohl den Innenring 6 als auch den Außenring 7 erstrecken sich Ausnehmungen 9, 10 mit einem definierten Innendurchmesser, wobei die Ausnehmungen 9, 10 koaxial zueinander angeordnet sind und eine definierte Fluidführung, insbesondere eine Kühlmittelführung zwischen einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende des Fluidführungselements 5 durch die Ausnehmungen 9, 10 ermöglichen. Mit anderen Worten stellen der Innenring 6 und der Außenring 7 des Fluidführungselements 5 jeweils einen Anschluss für Kühlleitungen zur Verfügung. Dazu sind an den axialen Enden des Fluidführungselements 5, das heißt zum einen am Innenring 6 als auch am Außenring 7 im Bereich der jeweiligen Ausnehmung 9, 10 jeweils ein Innengewinde 14 zur Aufnahme einer jeweiligen Leitung ausgebildet. Derartige Leitungen sind hier nicht dargestellt, jedoch können diese beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Leitung für Kühlflüssigkeiten. Die Leitungen weisen jeweils ein komplementär zum jeweiligen Innengewinde 14 ausgebildetes Außengewinde auf, um in geeigneter Weise eine dichte Verbindung zwischen Fluidführungselement 5 und den Leitungen zu ermöglichen.
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Des Weiteren sind räumlich zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 7 des Fluidführungselements 5 zwei Dichtelemente 15, 16 angeordnet, wobei das erste Dichtelement 15 stirnseitig zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 7 abdichtend angeordnet ist und das zweite Dichtelement 16 radial zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 7 abdichtend angeordnet ist. Beide als Dichtringe ausgebildete Dichtelemente 15, 16 sind jeweils in einer am Außenring 7 bzw. am hülsenförmigen Abschnitt 7a des Außenrings 7 ausgebildeten Nut 8 axial bzw. radial aufgenommen und dichten den Innenraum 18 des Fluidführungselements 5 gegenüber einer Außenatmosphäre ab und verhindern zudem ein Eintreten von Schmutz und/oder unerwünschten Flüssigkeiten in den Kühlkreislauf des Radmoduls.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rad
- 2
- Radnabenantrieb
- 3
- Federbein
- 4
- Karosserie
- 5
- Fluidführungselement
- 6
- Innenring
- 7
- Außenring
- 7a
- Hülsenförmiger Abschnitt
- 8
- Nut
- 9
- Erste Ausnehmung
- 10
- Zweite Ausnehmung
- 11
- Wälzkörper
- 12
- Radgabel
- 13
- Lenkaktuator
- 14
- Innengewinde
- 15
- Erstes Dichtelement
- 16
- Zweites Dichtelement
- 17
- Rotationsachse des Fluidführungselements
- 18
- Innenraum