DE10152472A1 - Elektrodynamisches Antriebssystem - Google Patents

Elektrodynamisches Antriebssystem

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DE10152472A1
DE10152472A1 DE10152472A DE10152472A DE10152472A1 DE 10152472 A1 DE10152472 A1 DE 10152472A1 DE 10152472 A DE10152472 A DE 10152472A DE 10152472 A DE10152472 A DE 10152472A DE 10152472 A1 DE10152472 A1 DE 10152472A1
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Germany
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clutch
drive system
sun gear
gear
planet carrier
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Jens Kramer
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Ein elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahrzeug zwischen einer Antriebsmaschine (4) und einem Schaltgetriebe (16) umfasst ein Planetengetriebe (12) mit den drei Elementen Sonnenrad (50), Hohlrad (10) und Planetenträger (32), von denen ein erstes Element (32) mit dem Schaltgetriebe (16) verbunden ist, ein zweites Element (10) mit der Antriebsmaschine (4) verbunden ist und ein drittes Element (50) mit wenigstens einer elektrischen Maschine (22) verbunden ist. Eine Schaltkupplung (40) weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (32) und dem Sonnenrad (50) zur Überbrückung des Planetengetriebes (12) besteht, und eine zweite Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen dem Planetenträger (32) und dem Sonnenrad (50) unterbrochen ist. Die Schaltkupplung (40) weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad (50) und einem festen Gehäuseteil (14) besteht, wodurch eine Untersetzung der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes (12) erzielt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Elektrodynamische Maschinen werden in verschiedenen Systemen als Anordnungen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe im Fahrzeug vorgeschlagen. So wird beispielgebend in der DE 129 34 699 A1 ein elektrodynamische Antriebssystem für ein Fahrzeug beschrieben, das zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetengetriebe aufweist, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst. Der Planetenträger als erstes Element ist mit dem Schaltgetriebe verbunden, das Hohlrad als zweites Element ist mit der Antriebsmaschine verbunden und das Sonnenrad als drittes Element ist mit einem. Elektromotor und mit einem elektrischen Wirbelstromretarder verbunden. Mit dieser Anordnung lässt sich die Antriebsmaschine starten, elektrische Energie erzeugen, elektrisch bremsen und das Fahrzeug auch aus dem Stand anfahren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übersetzungen der Gangstufen des Schaltgetriebes eins mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüsteten Fahrzeugs zu verändern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrodynamisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 8. Ausgestaltungen sind, Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Nach der Erfindung weist das elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetengetriebe auf. Das Planetengetriebe umfasst die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger, von denen ein erstes Element mit dem Schaltgetriebe verbunden ist, ein zweites Element mit der Antriebsmaschine verbunden ist und ein drittes Element mit wenigstens einer elektrischen Maschine verbunden ist. Eine Schaltkupplung weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Sonnenrad zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht. Die Schaltkupplung weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen dem Planetenträger und dem Sonnenrad unterbrochen ist. Die Schaltkupplung weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad und einem festen Gehäuseteil besteht. Weiter weist das elektrodynamische Antriebssystem eine Steuerung auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das dritte Element mit einer verschleißfreien Dauerbremseinrichtung verbunden. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsart zeigt die Dauerbremseinrichtung als einen Wirbelstromretarder. Eine andere Dauerbremseinrichtung ist als ein hydrodynamischer Retarder ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schaltkupplung eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung mit Neutralstellung. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltkupplung eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung mit Neutralstellung. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Schaltkupplung eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung und
  • Fig. 2 eine Anordnung nach Fig. 1 mit Freilauf.
  • Die Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze das erfindungsgemäße elektrodynamische Antriebssystem 2. Am Ausgang einer Antriebsmaschine 4 ist eine Dämpfungseinrichtung 6 angeordnet, die über eine Welle 8 mit dem Hohlrad 10 des Planetengetriebes 12 verbunden ist.
  • Das Planetengetriebe 12 ist in einem Teil 18 des Gehäuses 14 des Schaltgetriebes 16 angeordnet. In einem weiteren Teil 20 des Gehäuses 14 ist der Elektromotor 22 vorgesehen. Innerhalb eines Teils 24 des Gehäuses 14 sind die bekannten Elemente eines Schaltgetriebes 16 untergebracht, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Die Teile 18, 20 und 24 können auch als separate Gehäuseteile zu einem Gesamtgehäuse 14 verbunden sein.
  • Die Welle 8 ist im Teil 20 des Gehäuses 14 in einer Lagerung 26 drehbar gelagert. Die Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16 ist in einer Lagerung 30 drehbar gelagert und ist mit dem Planetenträger 32 des Planetengetriebes 12 drehfest verbunden. Auf Lagerbolzen 34 des Planetenträgers 32 sind Planetenräder 36 drehbar gelagert. Der Planetenträger 32 weist weiter eine Kupplungsverzahnung 38 einer Schaltkupplung 40 auf, mit der der Planetenträger 32 mit einer Welle 42 drehfest verbindbar ist. Dazu weist die in einer Lagerung 44 im Teil 18 des Gehäuses 14 gelagerte Welle 42 einen Synchronkörper 46 mit Schiebemuffe 58 auf, die durch ein Schaltelement 48 in eine erste Schaltrichtung bewegt werden kann und dadurch in einer ersten Schaltstellung mit der Kupplungsverzahnung 38 in drehfesten Eingriff gebracht werden. Dadurch wird eine Überbrückung des Planetengetriebes 12 erzielt. Die Schiebemuffe 58 kann durch das Schaltelement 48 in eine zweite Schaltrichtung bewegt werden und dadurch in einer zweiten Schaltstellung mit einer Kupplungsverzahnung 64 am Gehäuse 14 in drehfesten Eingriff gebracht werden.
  • Die Planetenräder 36 kämmen in ihren Verzahnungen sowohl mit dem Hohlrad 10 als auch mit einem Sonnenrad 50, das mit der Welle 42 drehfest verbunden ist. Die Welle 42 weist im Teil 18 des Gehäuses 14 den Rotor 52 des Elektromotors 22 auf. Der Stator 54 des Elektromotors 22 ist im Gehäuse 14 befestigt. Ebenfalls weist die Welle 42 den Rotor 60 einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse 56 auf. Der Stator 62 der Wirbelstrombremse 56 ist im Teil 20 im Gehäuse 14 befestigt. Die Wirbelstrombremse 56 dient einer verschleißfreien Bremsung des Fahrzeugs, insbesondere auf langen Gefällstrecken.
  • Beim Anfahren des Fahrzeugs wird von der Antriebsmaschine 4 Drehmoment über die Welle 8 auf das Hohlrad 10 des Planetengetriebes 12 eingeleitet. Der Wirbelstromretarder 56 bremst die Welle 42 und damit das Sonnenrad 50 und stützt damit das von der Antriebsmaschine eingeleitete Drehmoment gegen das Gehäuse 14 ab. Dadurch wird ermöglicht, dass sich das Drehmoment über die Planetenräder 36 und den Planetenträger 32 auf die Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16 überträgt. Die Schaltkupplung 40 befindet sich in der neutralen Mittelstellung und im Schaltgetriebe 16 ist der Anfahrgang geschaltet. Die Welle 42 wird bis auf den Nulldurchgang abgebremst und zu diesem Zeitpunkt wird die Schiebemuffe 58 in der Zeichnungsebene nach links bewegt und mit der Kupplungsverzahnung 64 am Gehäuse 14 in Eingriff gebracht. Dadurch wird die Welle 42 blockiert und die Antriebsmaschine 4 treibt über das Planetengetriebe 12 die Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16 an. Die Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine 4 wird durch die Übersetzung des Planetengetriebes 12 untersetzt. Beim Schalten in einen höheren Gang kann je nach Fahrerwunsch und Umgebungsbedingungen entweder im Schaltgetriebe 16 zu einer höheren Übersetzung gewechselt werden, oder die Schaltkupplung 40 wird zunächst in die Neutralstellung geschaltet, wodurch die Welle 42 über das Sonnenrad 50 wieder Drehzahlen aufnimmt. Durch die Rücknahme der Drehzahl der Antriebsmaschine 4 wird das Planetengetriebe 12 freigeschaltet. Von der verschleißfreien Dauerbremsanlage, hier in Form des Wirbelstromretarders 56, und gegebenenfalls unter Hinzunahme des Elektromotor 22 als elektrischer Maschine wird zwischen der Welle 42 und dem Planetenträger 32 annähern Synchrondrehzahl erzielt. Dann wird die Schiebemuffe 58 der Schaltkupplung 40 in der Zeichnungsebene nach rechts verschoben und dadurch die Welle 42 drehfest mit dem Planetenträger 32 verbunden. Das Planetengetriebe 12 ist dadurch überbrückt und die Drehzahl der Antriebsmaschine 4 wird direkt ohne Untersetzung auf die Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16 übertragen. In beiden Fällen muss bei der Schaltung in einen anderen Gang die Zugkraft von der Antriebsmaschine 4 unterbrochen werden. Wenn anstatt der Kupplungsverzahnungen 38, 64 und der Schiebemuffe 58 eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung verwendet wird, kann auch ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden. Dadurch lassen sich die Übersetzungsstufen des Schaltgetriebes 16 aufsplitten, indem einmal mit der Untersetzung des Planetengetriebes 12 gefahren wird und einmal der Direktdurchtrieb ohne Untersetzung gefahren wird. Das elektrodynamische Antriebssystem wird zu einer integrierten Splitgruppe. Bei der Nutzung der Untersetzung des Planetengetriebes 12 entfällt die Dauerbremsfunktion des Wirbelstromretarders 56, weil die den Rotor 52 des Wirbelstromretarders 56 tragende Welle 42 gegen das Gehäuse 14 geblockt ist.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung nach der Fig. 1 mit einem Überholfreilauf 66 auf der Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16. Dieser Freilauf 66 stützt die Eingangswelle 28 gegen ein Rückwärtsdrehen ab, wenn im Fahrzeugstillstand die Antriebsmaschine 4 von dem Elektromotor 22 gestartet wird. Bezugszeichen 2 elektrodynamisches Antriebssystem
    4 Antriebsmaschine
    6 Dämpfungseinrichtung
    8 Welle
    10 Hohlrad
    12 Planetengetriebe
    14 Gehäuse
    16 Schaltgetriebe
    18 Teil
    20 Teil
    22 Elektromotor
    24 Teil
    26 Lagerung
    28 Eingangswelle
    30 Lagerung
    32 Planetenträger
    34 Lagerbolzen
    36 Planetenrad
    38 Kupplungsverzahnung
    40 Schaltkupplung
    42 Welle
    44 Lagerung
    46 Synchronkörper
    48 Schaltelement
    50 Sonnenrad
    52 Rotor
    54 Stator
    56 Wirbelstrombremse
    58 Schiebemuffe
    60 Rotor
    62 Stator
    64 Kupplungsverzahnung
    66 Freilauf
    •

Claims (8)

1. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahrzeug zwischen einer Antriebsmaschine (4) und einem Schaltgetriebe (16), mit einem Planetengetriebe (12), das die drei Elemente Sonnenrad (50), Hohlrad (10) und Planetenträger (32) umfasst, von denen ein erstes Element (32) mit dem Schaltgetriebe (16) verbunden ist, ein zweites Element (10) mit der Antriebsmaschine (4) verbunden ist und ein drittes Element (50) mit wenigstens einer elektrischen Maschine (22) verbunden ist, mit einer Schaltkupplung (40), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (32) und dem Sonnenrad (50) zur Überbrückung des Planetengetriebes (12) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen dem Planetenträger (32) und dem Sonnenrad (50) unterbrochen ist, und mit einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) eine dritte Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad (50) und einem festen Gehäuseteil (14) besteht.
2. Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (50) mit einer verschleißfreien Dauerbremseinrichtung (56) verbunden ist.
3. Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfreie Dauerbremseinrichtung ein Wirbelstromretarder (56) ist.
4. Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschleißfreie Dauerbremseinrichtung ein hydrodynamischer Retarder ist.
5. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung (38, 46, 58, 64) mit Neutralstellung ist.
6. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung (38, 46, 58, 64) mit Neutralstellung ist.
7. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung ist.
8. Verfahren zur Unterteilung von Übersetzungsstufen in einem Schaltgetriebe (16) eines mit einem elektrodynamischen Antriebssystem (2) zwischen einer Antriebsmaschine (4) und dem Schaltgetriebe (16) ausgerüsteten Fahrzeug, das ein Planetengetriebe (12) mit den drei Elemente Sonnenrad (50), Hohlrad (10) und Planetenträger (32) umfasst, von denen ein erstes Element (32) mit dem Schaltgetriebe (16) verbunden ist, ein zweites Element (10) mit der Antriebsmaschine (4) verbunden ist und ein drittes Element (50) mit wenigstens einer elektrischen Maschine (22) verbunden ist, und das eine Schaltkupplung (40) umfasst, die zur Bildung einer drehfesten Direktverbindung zwischen dem Planetenträger (32) und dem Sonnenrad (50) zur Überbrückung des Planetengetriebes (12) aus einer Neutralstellung in eine erste Schaltstellung verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (40) über die offene Stellung hinweg in eine zweite Schaltstellung verschoben wird, wodurch eine Untersetzung der Drehzahl der Antriebsmaschine (4) entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes (12) erzielt wird.
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