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Title:
TORQUE ROLL AXIS MOUNTING SYSTEM FOR SERIAL RANGE EXTENDERS WITHOUT A THROUGH-DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/067421
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a mounting device for oscillatingly mounting a range extender, which consists of an internal combustion engine and a generator, on a body and/or a chassis of a motor vehicle by means of vibration-damping elements, at least two of which are integrated in load-carrying bearings and one additional one of which is integrated in a supporting bearing for supporting moments. Said mounting device is characterized in that the vibration-damping elements of the mounting device at least for the load-carrying bearings are secured to the range extender, i.e. a first vibration-damping element is secured to the internal combustion engine and a second vibration-damping element is secured to the generator.

Inventors:
EILETZ RICHARD (DE)
HOESS BERNHARD (DE)
HÜLSMANN ARTHUR (DE)
JEDRASZEK TOMASZ (DE)
MUSCHLER THOMAS (DE)
OCHNER UDO (DE)
OTTE ALEXANDER-WILHELM (DE)
PFLAUM SEBASTIAN (DE)
RAITH ANDREAS (DE)
SCHMIDT CHRISTIAN (DE)
Application Number:
EP2014/071359
Publication Date:
May 14, 2015
Filing Date:
October 06, 2014
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
B60K5/12; B60L50/10
Foreign References:
JP2000296719A2000-10-24
US4564082A1986-01-14
DE4009995A11991-09-12
DE102012112933A12013-06-27
JP2013154789A2013-08-15
DE2434633A11975-02-27
JPH04191126A1992-07-09
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Claims:
Patentansprüche

1. Befestigungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugantrieb, zum schwingfähigen Festlegen eines Reichweitenverlängerers, bestehend aus Verbrennungsmotor (1 ) und Generator (2), an einer Karosserie (4) des Kraftfahrzeugs, mittels Schwingungen dämpfenden Elementen (1 1 ,

1 1 '), wovon wenigstens zwei in Traglagern (10, 1 1 und 10', 1 1 ') und ein Weiteres (1 1 ") in einem Stützlager (13) zur Momentenabstützung verbaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen dämpfenden Elemente (1 1 , ', ") der Befestigungseinrichtung wenigstens für die Trag!ager(10, 1 1 und 10', 1 1 ') am Reichweitenverlängerer, ein Erstes (1 1 ) am Verbrennungsmotor (1 ) und ein Zweites (1 1 ') am Generator (2), angebracht sind.

2. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungen dämpfende Element (1 1 ") für das Stützlager (13) am Reichweitenverlängerer angebracht ist.

3. Befestigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Traglager (10, 1 1 und 10', 1 1 ') des

Reichweitenverlängerers auf dessen Torque-Roll-Achse (3) angeordnet sind.

4. Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Traglager (10, 1 1 und 10', 1 1 ') und das Stützlager (13) des Reichweitenverlängerers eine progressive Steifigkeit praktisch ohne Widerstandsmoment im Bereich von Verdrehungen von null bis drei Millimeter am Stützlager (13) zur Dämpfung von Drehschwingungen des Reichweitenverlängerers um die Torque-Roll- Achse (3) aufweisen.

5. Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Traglager (10, 1 1 und 10', 1 1 ') dasselbe Rückstellmoment auf den Reichweitenverlängerer ausüben.

6. Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (13) über eine Schwinge mit der Karosserie (4) verbunden ist.

7. Befestigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Traglager (10, 1 1 und 10', 1 1 ') über wenigstens ein Stabwerk (8, 8') mit der Karosserie (4) verbunden ist.

Description:
Torque-Roll-Achsenlagerung für serielle Range Extender ohne Durchtrieb

Die Erfindung betrifft eine Aggregate-Befestigungseinrichtung zum Festlegen eines Range Extenders an einer Karosserie und/oder an einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Als Range Extender oder auch Reichweitenverlängerer bezeichnet man zusätzliche Aggregate in einem Elektrofahrzeug, die die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. Die am häufigsten eingesetzten Reichweitenverlängerer sind Verbrennungsmotoren, die einen Generator antreiben, der wiederum Akkumulator und Elektromotor mit Strom versorgt. Aufgrund begrenzter Akkukapazität und begrenzter Ladegeschwindigkeit erreichen Elektrofahrzeuge heute in der Regel kürzere Reichweiten als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Beim Elektroauto kommt erschwerend hinzu, dass das Fahrzeug erst nach längerer Aufladezeit von ca. 1-2 Stunden wieder einsatzbereit ist, im Gegensatz zum sehr schnellen Tankvorgang bei konventionellen Fahrzeugen. Mit Reichweitenveriängerern wird also die Zeit, in der das Fahrzeug kontinuierlich genutzt werden kann, also die Zeit zwischen

Aufladezyklen, und damit die Reichweite verlängert. Im täglichen Pendelverkehr kann das Elektrofahrzeug ohne Reichweitenverlängerer

betrieben werden.

Lagerungen für Motor und/oder Getriebe für Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Sie können Schwingungen bzw. Relativbewegungen zwischen dem Antriebsaggregat und der Fahrzeug-Karosserie ermöglichen, jedoch sollen diese Relativbewegungen nicht nur gedämpft, sondern auch in der Distanz oder Auslenkung begrenzt werden, um zu vermeiden, dass Teile des Antriebsaggregates in unerwünschter Weise an der Fahrzeug-Karosserie anschlagen. Aus der DE 40 09 995 A1 sind auch Lagerungen für eine Kraftfahrzeug- Antriebseinheit, die eine Torque- Roll-Achse aufweist, bekannt, mit zwei Lagern, die auf der Torque-Roll- Achse liegen, und einem weiteren Lager, das von der Torque-Roll-Achse beabstandet angeordnet ist. Dabei dient eines der Lager auf der Torque- Roll-Achse als Traglager zur Aufnahme des Gewichts der Antriebseinheit. Die Torque-Roll-Achse ist die Achse, um die ein frei gelagertes Aggregat aufgrund der periodischen Wankmomentenanregung aus den Gaskräften der Verbrennung eine Wankschwingung ausübt. Das von der Torque-Roll- Achse beabstandete weitere Lager bewirkt eine zusätzliche Stabilisierung über eine Drehmomentstütze.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungseinrichtung zum schwingfähigen Festlegen eines Reichweitenverlängerers, bestehend aus Verbrennungsmotor und Generator, mittels Schwingungen dämpfenden Elementen, an einer Karosserie und/oder an einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die die Gesamtbelastung des Chassis durch eine Tilgung der eingeleiteten Kräfte und Schwingungen verringert über eine optimierte Schwingungsisolierung zwischen " Reichweitenverlängerer und Aufbau des Fahrzeugs, bei gleichzeitiger Komfortverbesserung hinsichtlich Geräusch und Solidität.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nach der Erfindung ist eine Befestigungseinrichtung zum schwingfähigen Festlegen eines Reichweitenverlängerers, bestehend aus Verbrennungsmotor und Generator, an einer Karosserie und/oder an einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, mittels Schwingungen dämpfenden Elementen, wovon wenigstens zwei in Traglagern und ein weiteres in einem Stützlager zur Momentenabstützung verbaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen dämpfenden Elemente der Befestigungseinrichtung wenigs- tens für die Traglager am Reichweitenverlängerer, ein erstes am Verbrennungsmotor und ein zweites am Generator, angebracht sind.

Das hat den Vorteil einer Komfortverbesserung hinsichtlich Geräusch und Solidität. Insbesondere bei Reichweitenverlängerern, die oft unabhängig von der Fahraufgabe betrieben werden, ist es von großer Bedeutung, dass Akustik und Schwingungen des Reichweitenverlängerers für die Fahrzeuginsassen möglichst angenehm gestaltet werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass das Schwingungen dämpfende Element für das Stützlager am Reichweitenverlängerer angebracht ist. Wenn dann noch beide Traglager des

Reichweitenverlängerers auf dessen Torque-Roll-Achse angeordnet sind, hat das den Vorteil, dass die Lagerung den Reichweitenverlängerer hinsichtlich Akustik und Schwingungen optimal entkoppelt, da dem Aggregat keine Zwangsbewegung/-schwingung aufgezwungen wird. Das Aggregat schwingt frei um seine Wankachse und die Traglager sowie die Pendelstütze übertragen maßgeblich statische Kräfte aus Beschleunigungen wie Erdbeschleunigung, Querbeschleunigung bei Kurvenfahrt und/oder Längsbeschleunigung. Wenn beide Traglager und das Stützlager des Reichweitenverlängerers eine progressive Steifigkeit praktisch ohne Widerstandsmoment im Bereich von Verdrehungen von null bis drei Millimeter am Stützlager zur Dämpfung von Drehschwingungen des Reichweitenverlängerers um die Torque-Roll-Achse aufweisen und beide Traglager dasselbe Rückstellmoment auf den

Reichweitenverlängerer ausüben, ist durch die Erfindung eine optimale akustische und schwingungstechnische Entkopplung erreicht. Dazu sind dann vorteilhafterweise anstelle von vier Aggregatelagern, nach dem Stand der Technik für Längsverbau, lediglich zwei Motorlager und eine Pendelstützte erforderlich, durch die das Stützlager mittels einer Schwinge mit der Karosserie verbunden ist. Das hält die Kosten niedrig bei längerer Lebensdauer, denn der Verschleiß wird dadurch minimiert, dass in den Motorlagern auf- grund der Motor-Wankschwingung nur minimale Wege entstehen, was zur Schonung der Lager beiträgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Traglager über wenigstens ein Stabwerk mit der Karosserie verbunden ist. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, leichtbaugerecht eine höchst mögliche Steifigkeit der Aufhängung des Reichweitenverlängerers in dessen Längsrichtung zu gewährleisten, während die Lager in Querrichtung eine Verdrehung des

Reichweitenverlängerers um die Torque-Roll-Achse sehr weich abstützen. Bei solchermaßen optimaler Auslegung kann der Reichweitenverlängerer für die Kraftfahrzeuginsassen vollkommen unauffällig betrieben werden, was angenehmes Fahren und Freiheit in der Betriebsstrategie für Wirkungsgradoptimalen Betrieb ermöglicht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei die beigefügten Figuren 1 bis 3 eine erfindungsgemäße Reichweitenverlängerer-Befestigungseinrichtung zeigen. In sämtlichen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Befestigungseinrichtung für einen

Reichweitenverlängerer zum schwingfähigen Festlegen eines Aggregats bestehend aus einem Verbrennungsmotor 1 und einem durch diesen angetriebenen Generator 2 an einer Kraftfahrzeugkarosserie 4 (Figur 3). Beim Verbrennungsmotor 1 handelt es sich um einen Paralleltwin, dessen Kräfte in Hochachsenrichtung durch Ausgleichswellen vollständig kompensiert sind. Die Kippmonente oder auch Wankmomente um die Längsachse können durch die beschriebene Erfindung in die Form freier Wankschwingungen überführt werden, die der Reichweitenverlängerer um seine Torque-Roll- Achse 3 vollzieht.

Beim Betrieb des unter einer nicht gezeichneten Fronthaube an der Karosserie 4 des nicht gezeichneten Kraftfahrzeugs festgelegten

Reichweitenverlängerers ist, vom Hochlauf abgesehen, kein

Gehäusemoment, oder auch Abtriebsmoment genannt, abzustützen.

Die Karosserie 4 ist in üblicher Weise über eine nicht näher dargestellte Verbindung mit zwei Fahrzeug-Längsträgern 5, 5' verbunden, die wiederum durch einen Querträger 6 verbunden sind. Auf diesem Querträger 6 stützt sich eine erste Lagereinrichtung der Befestigungseinrichtung für den

Reichweitenverlängerer ab, nämlich ein karosserie- oder fahrwerksseitiges Stabwerk, aus Stäben 8 und Knoten 9, an dem der Reichweitenverlängerer, unter Zwischenschaltung eines Schwingungen dämpfenden Elementes 1 1 , über eine zweite Lagereinrichtung als aggregatseitige Aufnahme 10, die direkt mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden ist, angebracht ist. Die aggregatseitige Aufnahme 10 und das Schwingungen dämpfende Element 1 1 bilden zusammen ein erstes Traglager (10, 1 1 ) für den

Reichweitenverlängerer.

Eine Abstützung des Generators 2 (in Figur 3 nicht gezeichnet), der direkt an den Verbrennungsmotor 1 angeflanscht ist, an einer sich zum nicht gezeichneten Innenraum des Kraftfahrzeugs hin erstreckenden Seite des Aggregats, in der Nähe einer nicht gezeichneten Spritzwand der Karosserie 4 und eines Karosserietunnels 7 (Figur 3), erfolgt über weitere Stäbe 8', als weitere karosserie- oder fahrwerksseitige erste Lagereinrichtung der Befestigungseinrichtung für den Reichweitenverlängerer, unter Zwischenschaltung eines weiteren Schwingungen dämpfenden Elementes 1 1 ', über eine weitere zweite Lagereinrichtung als weitere aggregatseitige Aufnahme 10', direkt am Generator 2. Die weitere aggregatseitige Aufnahme 10' und das weitere Schwin- gungen dämpfende Element 1 1 ' bilden zusammen ein zweites Traglager (10', 1 ') für den Reichweitenverlängerer. Die beiden nach unten weisenden Stäbe 8' sind fahrzeugseitig mit dem nicht gezeichneten Unterboden, der nach hinten weisende Stab 8' ist fahrzeugseitig mit dem Karosserietunnel 7 verbunden.

Die aggregatseitige Aufnahme 10, beziehungsweise die weitere aggregatsei- tige Aufnahme 10' kann alternativ auch in der Art eines Gummi-Metall-Lagers einstückig mit dem Schwingungen dämpfenden Element 1 1 beziehungsweise mit dem weiteren Schwingungen dämpfenden Elementes 1 1 ' ausgebildet sein, jeweils als erstes und zweites Traglager

erverstärktem Kunststoff und die Knoten 9 aus Leichtmetall. Zur karosserie- seitigen Befestigung der Stäbe 8, 8' der ersten Lagereinrichtung sind karosserieseits Aufnahmeeinrichtungen 12 zur Aufnahme der Stäbe 8, 8' vorgesehen. Die Struktur der ersten Lagereinrichtung zur Aufnahme des vorderen Motorlagers ist also an den Längsträgern 5, 5' angebunden und als leichtes, steifes Fachwerk in CFK-Aluminium Mischbauweise ausgeführt. Durch Abstützelemente von der Motorlageraufnahme auf den Querträger 6 werden die Steifigkeiten der Anbindung in Längsrichtung noch erhöht.

Ein Pendelstützenlager 13 für eine nicht gezeichnete Pendelstütze zur weichen, beweglichen Abstützung des Reichweitenverlängerers in Querrichtung an der Karosserie 4 oder einem der Längsträger 5, 5' ist unten am Verbrennungsmotor 1 im Anflanschbereich des Generators 2 angebracht. Dadurch wird der Reichweitenverlängerer um seine Torque-Roll-Achse 3 schwingbar mit zwei aggregatseitigen Aufnahmen 10, 10' und dem weichen Pendelstützenlager 13 gelagert. Da der Reichweitenverlängerer um seine Torque-Roll- Achse 3 frei schwingen kann, werden Zwangskräfte vermieden. Der Trägheitstensor des Reichweitenverlängerers und die Achsrichtung der verbauten Kurbelwelle sind ausschlaggebend für die Richtung der Torque-Roll-Achse 3, die stets durch den Schwerpunkt des Aggregats aus Verbrennungsmotor 1 und Generator 2 verläuft. Die Lagereinrichtungen bilden entsprechende An- bindungsstrukturen für die zwei aggregatseitigen Aufnahmen 10, 10' mit den Schwingungen dämpfenden Elementen 1 1 , 1 1 ' als erstes und zweites Traglager an die Karosserie des Fahrzeugs und zusammen mit dem Pendelstützenlager 13 und der Pendelstütze die Befestigungseinrichtung für den Reichweitenverlängerer.