DE10040005A1 - Hybrid-Motor - Google Patents

Hybrid-Motor

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DE10040005A1
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flywheel
rotor
hybrid drive
clutch
combustion engine
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Hartwig Groeneveld
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Abstract

Das an einem Verbrennungsmotor vorhandene Schwungrad 4, wird als Rotor 4, eines Elektro-Generators bzw. eines Elektro-Motors ausgebildet, das Schwungradgehäuse 1, (die Glocke 1) als Stator. Der Rotor 4, ist je nach Bedarf fest mit der Kurbelwelle 7, verbunden oder kann frei rotieren. Der weitere Antriebsstrang 8, bleibt wie bekannt an- bzw. abgekuppelt.

Description

Hybridantriebe unterschiedlichster Bauart sind bekannt. Sie alle haben den Nachteil, dass zwei oder mehr eigene Antriebsmotoren aufwendig (in bezug auf Platz, Gewicht und Preis) zur Verfügung gestellt werden.
Der hier vorliegende Vorschlag vereinfacht diese Situation erheblich. Er nutzt das bei einem Verbrennungsmotor vorhandene Schwungrad.
Dabei ist das Schwungrad auf der Kurbelwelle nicht wie bisher befestigt, sondern mittels Lagerung frei rotierend. Eine Kupplung, ebenfalls auf der Kurbelwelle montiert ist in der Lage, ggf. das frei rotierende Schwungrad fest mit der Kurbelwelle zu verbinden. Lagerung und Kupplung sind entweder unabhängig voneinander auf der Kurbelwelle angeordnet oder z. B. in der Weise, dass Lagerung und Kupplung in einander integriert sind. Die Befestigung beider Elemente - Kupplung und/oder Lagerung bzw. Kupplung allein auf der Kurbelwelle kann direkt, z. B. durch Aufschrumpfen, über Passfedern bzw. Vielkeilprofil oder indirekt über Zwischenstücke, zum Beispiel Hülsen erreicht werden. Die Kupplung stellt, wenn sie an das Schwungrad ankuppelt, eine feste Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Schwungrad her.
Das Schwungrad ist als Rotor eines Elektro-Generators, bzw. als Rotor eines Elektro-Motors ausgebildet.
Das Schwungradgehäuse (auch "Glocke" genannt), ist als Stator eines Elektro-Generators bzw. als Stator eines Elektromotors vorgesehen. Das kann zum Beispiel in der Weise geschehen, dass es als Permanent-Magnet ausgebildet ist, bzw. mit einem solchen - oder mehreren solchen über Befestigungsmöglichkeiten verbunden, dazu in seiner Wirkung gemacht wird. Gleichermaßen ist es möglich über Schrauben oder andere Befestigungsmöglichkeiten das Schwungradgehäuse mit einer oder mehreren Spulen bzw. Wicklung(en) zu verbinden, so daß sie als Elektromagnet(e) wirken.
Der sich an das Schwungrad bzw. den Rotor anschließende Antriebsstrang bleibt, wie man es bisher kennt; das heißt Getriebe, Gelenkwellen oder andere Wellen oder Aggregate sind mit dem Schwungrad bzw. Rotor und/oder der Kupplung verbunden, sei es durch direkte Verbindung, zum Beispiel mittels Schrauben oder anderen Befestigungsmöglichkeiten, oder durch indirekten Anschluß, zum Beispiel einer oder mehrerer (weiteren) Kupplung(en).
Das zuvor Beschriebene lässt sich als Hybrid-Motor nutzen. Dabei kann der Verbrennungsmotor allein antreiben, das Schwungrad bzw. der Rotor ist angekuppelt. Es ergeben sich mehrere Möglichkeiten:
  • A) Der weitere Antriebsstrang ist ebenfalls angekuppelt, damit ist dann z.B. ein Fahrzeug zu bewegen, gleichzeitig kann das Schwungrad, der Rotor, als Generator arbeiten und z. B. eine oder mehrere Batterien speisen.
  • B) Der weitere Antriebsstrang ist abgekuppelt, der Verbrennungsmotor treibt allein das Schwungrad, den Rotor, im Generator-Betrieb.
Eine weitere Möglichkeit
Der Verbrennungsmotor ist über die Kupplung von der Kurbelwelle abgekuppelt, der weitere Antriebsstrang bleibt jedoch an das Schwungrad, bzw. den Rotor, angekuppelt, dann kann z. B. batteriegetrieben, der Elektromotor z. B. das Fahrzeug allein antreiben. Ebenso ist es möglich im Schubbetrieb z. B. des Fahrzeuges, die Bewegungsenergie zu nutzen und damit den Rotor als Generator anzutreiben.
Eine entsprechend gestaltete Steuerung macht es möglich, einen Gemischt-Betrieb herzustellen, in dem entweder der Verbrennungsmotor ganz oder teilweise und/oder der Elektromotor arbeiten; der elektrische Teil kann dabei je nach Anforderung zumindest zeitweilig als Generator betrieben werden, sei es durch den Verbrennungsmotor oder durch Schub eines Fahrzeuges. Die Steuerung des Verbrennungsmotors kann auch unter Zuhilfenahme meines Patents (Nr. 198 05 009.7 "Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotores") zum Beispiel als Teil der Gesamtsteuerung für Verbrennungsmotor, Elektromotor bzw. -Generator oder Gemischtbetrieb und zugehörige Kupplung(en) erfolgen.
Die beschriebene Anordnung von Verbrennungsmotor und elektrischem Teil läßt sich auch als Anlasser für den Verbrennungsmotor betreiben, wenn z. B. der weitere Antriebsstrang abgekuppelt, das Schwungrad, der Rotor, jedoch mit der Kurbelwelle verbunden ist und die Elektrische Einheit, Rotor und Stator, als Elektromotor und damit als Anlasser arbeiten.
Alle Einzelelemente meines Vorschlags können je nach Bedarf und Einzelfall unterschiedlich gestaltet sein.
Insbesondere die Kupplung kann elektrisch, mechanisch, hydraulisch, über Pressluft oder in irgendeiner Kombination hieraus betätigt werden. Die Befestigung der Kupplung auf der Kurbelwelle kann im Pressverband, über Passfeder (n), mit Hilfe von Vielkeilverzahnung, über Spannhülsen bzw. scheiben, einer Kombination hieraus oder auf irgendeine der sonst bekannten Art erfolgen, so daß sich hier weitere Erläuterungen erübrigen.
Die Lagerung des Schwungrades kann als Gleitlager, als Ausführung mit Wälzlagerung, in Kombination hieraus oder auf irgendeine der bekannten Art erfolgen, die daher ebenfalls nicht weiter zu erläutern ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich oder in Kombination -, sondern auch aus einem den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Verbrennungsmotor (V-Motor) im Längsschnitt,
Fig. 2 die Umgestaltung des Schwungrades und des Schwungradgehäuses.
Im Einzelnen ist dargestellt in
Fig. 1 ein Längsschnitt durch einen Verbrennungsmotor (V-Motor), insbesondere mit der Kurbelwelle, dem Schwungrad und dessen Befestigung auf der Kurbelwelle mittels Schrauben (herkömmliche Bauart).
Ein Teil des Schwungrades ist "eingekreist". Dieser eingekreiste Teil ist in Fig. 2 näher dargestellt.
Fig. 2 ausgehend von der Kurbelwelle 7 - Linie Mitte Kurbelwelle = MKW -, die Umgrenzung derselben; darauf aufgeschrumpft die Kupplung 5, die, wenn angekuppelt, die Kurbelwelle 7, mit dem Schwungrad 4, bzw. dem Rotor 4, fest verbindet. Ist die Kupplung 5, vom Schwungrad 4, bzw. Rotor 4, abgekuppelt, so kann das Schwungrad 4, bzw. der Rotor 4, mittels Lager 6, frei auf der Kurbelwelle 7, rotieren.
Das Schwungradgehäuse 1 (die Glocke 1), ist über Befestigungselemente 3, mit dem (den) Magneten 2, verbunden. Dabei können die Befestigungselemente 3, sehr unterschiedlich gestaltet sein, neben Klebern können das Schrauben mit oder ohne Mutter(n), Federringe, Loctite etc. oder andere form- oder kraftschlüssige Verbindungen sowie Vernietungen, Verschweißungen oder Ähnliches sein.
Der oder die Magnete 2 können als Permanent- oder Elektro-Magnete 2, ausgebildet sein, letztere z. B. in Form von Spulen bzw. Wicklungen.
Das Schwungradgehäuse 1 kann auch für sich genommen als Magnet 1, 2, ausgebildet sein, als Permanent- oder Elektromagnet 1, 2.
Die Teile 1, 2, 3, bzw. 1, 2, (wie zuletzt beschrieben) bilden den Stator. Die Elektrische-Einheit besteht aus den Teilen 1, 2, 3, 4, bzw. aus 1, 2, 4.
Der weitere Antriebsstrang 8 ist in bekannter Weise ausgeführt und an das Schwungrad 4, den Rotor 4, allein und/oder ggf. auch zusätzlich an die Kupplung 5, z. B. über eine oder mehrere (weitere) Kupplung(en) angeschlossen.
Insgesamt wird ein Vorschlag zur Verfügung gestellt, mit dem der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors reduziert und die Umweltdaten verbessert werden.

Claims (16)

1. Hybrid-Antrieb, bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektro- Generator, der auch als Elektro-Motor betrieben werden kann, einer oder mehrerer Batterie(en) zur Speicherung der gewonnenen Energie bzw. zur Speisung des Elektro-Motors sowie einer Gesamtsteuerung für den Verbrennungsmotor, z. B. unter Hinzuziehung meines Patents Nr. 198 05 009.7, den Elektro-Generator bzw. Elektro- Motor und die zugehörige Kupplung, ggf. Kupplungen, einschließlich der erforderlichen Sensoren, Geber, Impulsgeber und Stellmechanismen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (4), des Verbrennungsmotors als Rotor (4), eines Elektro-Generators bzw. als Rotor (4), eines Elektro-Motors ausgebildet ist und das Schwungradgehäuse (1), allein für sich oder zusammen mit Spule(n) (4), bzw. Wicklung(en) (2), und entsprechender Befestigung (3), als Stator eines Elektro- Generators bzw. Elektro-Motors. Der weitere Antriebsstrang (8), ist wie bekannt gestaltet, d. h. mit dem Schwungrad (4), bzw. Rotor (4), und/oder ggf. der Kupplung (5), verbunden.
2. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (4), des Verbrennungsmotors bzw. Rotor (4), mit Hilfe der Lagerung (6), frei rotierbar auf der Kurbelwelle (7) angeordnet ist.
3. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (5), die mit der Kurbelwelle (7) fest verbunden ist, es möglich macht, durch Ankuppeln des Schwungrades (4), bzw. Rotors (4), letztere fest mit der Kurbelwelle (7), zu verbinden, bzw. durch Abkuppeln die feste Verbindung auch wieder zu lösen.
4. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mit Hilfe des angekuppelten Schwungrades (4), bzw. Rotors (4), und des angekuppelten weiteren Antriebsstrangs (8), ein z. B. Fahrzeug antreibt.
5. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mit Hilfe des angekuppelten Schwungrads (4), bzw. Rotors (4), und des angekuppelten weiteren Antriebsstrangs (8), ein z. B. Fahrzeug antreibt und zusätzlich bei Aktivierung der Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), als Generator gleichzeitig die Batterie(en) auflädt.
6. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor mit Hilfe des angekuppelten Schwungrades (4), bzw. des Rotors (4), und bei Abkuppelung des weiteren Antriebsstrangs (8), jedoch der Aktivierung der Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), als Generator allein die Batterie(en) speist.
7. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abkuppeln des Schwungrades (4), bzw. Rotors (4), mit Hilfe der Kupplung (5), von der Kurbelwelle (7), und Aktivierung der batteriegespeisten Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), als Elektro- Motor und durch Ankuppeln des weiteren Antriebsstrangs (8), ein z. B. Fahrzeug allein im Elektrobetrieb gefahren werden kann; dabei ist es möglich, den Verbrennungsmotor z. B. mit Hilfe des Patents Nr. 198 05 009.7 ganz oder teilweise stillzusetzen.
8. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abkuppeln des weiteren Antriebsstrangs (8), und Ankuppeln des Rotors (4), mit Hilfe der Kupplung (5), an die Kurbelwelle (7), sowie bei Aktivierung der Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), batteriegespeist als Motor Letzterer als Anlasser den Verbrennungsmotor anwerfen kann.
9. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ankuppeln des Schwungrads (4), bzw. Rotors (4), mit Hilfe der Kupplung (5), an die Kurbelwelle (7), sowie Ankuppeln des weiteren Antriebsstrangs (8), und gleichzeitiger Aktivierung der Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), batteriegespeist als Elektromotor, sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor zum Antrieb z. B. eines Fahrzeugs verwendbar sind.
10. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, 2, 3, und 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schubbetrieb z. B. eines Fahrzeugs und Umsteuerung der Elektrischen Einheit (1, 2, 3, 4), von Elektro-Motor auf Elektro-Generator jedoch ggf. gleichzeitiger Abkupplung des Rotors (4), mit Hilfe der Kupplung (5), von der Kurbelwelle (7), die Batterie(en) durch Ausnutzung z. B. der Fahrzeugschwungmasse aufgeladen werden. Dieser Zustand kann insbesondere bei (längeren) Abwärtsfahrten genutzt werden, um mit Hilfe des Patents Nr. 198 05 009.7 den Verbrennungsmotor ganz oder teilweise stillzusetzen.
11. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, 2, 3, 9, und 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei stark wechselnder Anforderung z. B. eines Fahrzeugs von Antreiben und Bremsen, beispielsweise im "Stop and go"-Betrieb, die Elektrische Einheit (1, 2, 3, 4), ggf. häufig und kurzfristig jeweils als Elektro-Motor bzw. als Elektro-Generator arbeitet; dabei bleibt der weitere Antriebsstrang (8), stets angekuppelt an das Schwungrad (4), bzw. den Rotor (4), während ggf. mit Hilfe der Kupplung (5), die Verbindung von Schwungrad (4), bzw. Rotor (4), zur Kurbelwelle (7), hergestellt oder gelöst wird. Der Verbrennungsmotor kann mit Hilfe von Patent Nr. 198 05 009.7 gedrosselt, d. h. ggf. nicht mit allen Kolben/Zylindern gleichzeitig sondern wechselnd nur mit einem Teil derselben betrieben werden.
12. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5), durch Aufschrumpfen auf die Kurbelwelle (7), direkt oder mittels Schrumpfscheiben, oder durch Paßfedern, ggf. auch unter Zuhilfenahme von einem oder mehreren Wellenring(en) z. B. Seegerring(en), und/oder Stellringen oder Ähnlichem z. B. zur axialen Absicherung, Spannhülsen oder durch Vielkeilverzahnung einschließlich einer Axialsicherung, über eine Klemm- oder Flanschverbindung oder durch andere bekannte Verbindungen (z. B. Kleben) fest mit der Kurbelwelle (7), verbunden ist.
13. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5), elektrisch oder mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner Kombination hieraus betätigt werden kann.
14. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5), unterschiedlich ausgebildet sein kann, außer, wie in Fig. 2 dargestellt, auch als eine der allgemein bekannten schaltbaren Kupplungen, sei es form- oder kraftschlüssig oder als eine Kombination daraus.
15. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (6), des Schwungrades (4), Rotors (4), unterschiedlich ausgebildet sein kann, sei es mit Hilfe eines oder mehrerer der bekannten Wälzlager, wie z. B. in Fig. 2 als Nadellager dargestellt, oder als eine der bekannten Gleitlagerausführungen oder einer Kombination verschiedener bekannter Lagerausführungen. Die Nadellager z. B. (aber auch andere Wälzlager) können mit oder ohne Innen- und/oder Außenring, z. B. auch als voll-nadelige Lagerung oder als Nadelkranz bzw. Nadelkränze vorgesehen sein. Die Anordnung der Lagerung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, in die Kupplung (5), integriert oder auf der Kurbelwelle (7), angeordnet sein.
16. Hybrid-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Antriebsstrang (8), in bekannter Weise mit dem Schwungrad (4), Rotor (4), allein und ggf. zusätzlich auch mit der Kupplung (5), verbunden ist. Die Verbindung kann durch Schraubverbindung oder andere bekannte Verbindungselemente, bevorzugt jedoch durch eine oder mehrere ggf. schalt- und damit lösbare Kupplungen erfolgen. Die ggf. vorgesehene Verbindung mit der Kupplung (5), muß in jedem Fall mit Hilfe einer (weiteren) lösbaren Kupplung vorgesehen sein.
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