DE10152481B4 - Elektrodynamisches Antriebssystem - Google Patents
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-
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- F16H—GEARING
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Abstract
Elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe (2) und einem Planetengetriebe (68), das die drei Elemente Sonnenrad (12), Hohlrad (16) und Planetenträger (20) umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle (8) verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine (58) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Elektromotor (70) und einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse (64) verbunden ist, und mit einer Schalteinrichtung (24), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (68) zur Überbrückung des Planetengetriebes (68) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (68) unterbrochen ist, und mit einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24) eine dritte Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element und einem festen Gehäuseteil (26) besteht, dass an dem mit der Schalteinrichtung (24) verbundenen Element (16, 60) ein Rotor (62) der Wirbelstrombremse (64) angeordnet ist, der mit einem Stator (66) zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil (26) angeordnet ist, und dass das Planetengetriebe (68) an einer Abtriebswelle (6) am Ausgang des Schaltgetriebes (2) angeordnet ist.
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 199 34 696 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 eines mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüsteten Fahrzeugs zu erweitern.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrodynamisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Nach der Erfindung gehört zu einem elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug ein Schaltgetriebe und ein Planetengetriebe, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element, vorzugsweise das Hohlrad, mit wenigstens einem Elektromotor und einem Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse verbunden ist. Das Antriebssystem umfasst eine Schalteinrichtung, die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes, vorzugsweise dem Hohlrad und dem Planetenträger, zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht. Die Schalteinrichtung weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes unterbrochen ist. Die Schalteinrichtung weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element, vorzugsweise dem Hohlrad, und einem festen Gehäuseteil besteht. An dem mit der Schalteinrichtung verbundenen Element, vorzugsweise dem Hohlrad, ist ein Rotor der Wirbelstrombremse angeordnet, der mit einem Stator zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil angeordnet ist. Der Wirbelstromretarder ist ebenso wie der Elektromotor von einer Steuerung ansteuerbar. Das Planetengetriebe ist an einer Abtriebswelle am Ausgang des Schaltgetriebes angeordnet. In einer Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung mit Neutralstellung. In einer anderen Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung mit Neutralstellung. In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Schalteinrichtung eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung. Vorteilhafterweise stellt das Planetengetriebe ein Gruppengetriebeteil des Schaltgetriebes dar.
- Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Die Figur zeigt ein Schaltgetriebe
2 in einer 8-Gang- Variante. Eine Eingangswelle4 ist koaxial zu einer Hauptwelle6 eines Hauptgetriebeteils22 angeordnet. Die Eingangswelle4 wird direkt über eine Dämpfungseinrichtung56 von einer Antriebsmaschine58 angetrieben. Am Ende der Hauptwelle6 , die auch die Abtriebswelle eines Hauptgetriebeteils22 ist, ist ein Sonnenrad12 eines als Planetengetriebe68 ausgebildeten Gruppengetriebeteils10 vorgesehen. Das Sonnenrad12 kämmt mit Planetenrädern14 , die auf einem Planetenträger20 gelagert sind. Die Planetenräder14 kämmen weiterhin mit einem Hohlrad16 , das über eine Schalteinrichtung24 entweder in einer ersten Schaltstellung mit der Abtriebswelle8 des Getriebes2 oder in einer zweiten Schaltstellung mit einem Gehäuseteil26 verbindbar ist. Eine dritte Schaltstellung stellt die offene Neutralstellung dar, in der keine Verbindung erzeugt ist. Die Abtriebswelle8 ist mit dem Planetenträger20 verbunden. Auf der Hauptwelle6 sind weiterhin ein Rückwärtsgangzahnrad28 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung30 mit der Hauptwelle6 drehfest verbindbar ist. Auf der Hauptwelle6 sind weiterhin ein Zahnrad32 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung34 mit der Hauptwelle6 drehfest verbindbar ist. Ein weiteres Zahnrad36 auf der Welle6 ist ebenfalls über die Schalteinrichtung34 mit der Welle6 verbindbar. Das Zahnrad36 kann auch über die Schalteinrichtung38 im Splittergetriebeteil40 mit der Eingangswelle4 verbunden werden. Die Eingangswelle4 trägt ein gegenüber der Eingangswelle frei drehbares Zahnrad42 , das mit einem Zahnrad44 der Vorgelegewelle46 des Hauptgetriebes22 in Eingriff steht. An ihrem dem Hauptgetriebeteil22 zugewandten axialen Ende trägt die Eingangswelle4 die Schalteinrichtung38 , die es ermöglicht, die Eingangswelle4 entweder mit dem genannten lose drehenden Zahnrad42 oder mit dem auf der Hauptwelle6 des Hauptgetriebeteils22 frei drehbar angeordneten Zahnrad36 zu einer Drehmomentübertragung drehfest zu verbinden. Die erste Zahnradpaarung mit dem losen Zahnrad42 auf der Eingangswelle4 und dem damit kämmenden Zahnrad44 auf der Vorgelegewelle46 wird auch häufig als erste Konstante oder Konstante I bezeichnet, während die zweite Zahnradpaarung, bestehend aus dem auf der Hauptwelle6 angeordneten losen Zahnrad36 und dem damit kämmenden Zahnrad48 auf der Vorgelegewelle46 als zweite Konstante oder Konstante II bezeichnet wird. Mit Hilfe der Schalteinrichtung38 wird entweder die Konstante I oder die Konstante II in die Drehmomentübertragung eingeschaltet. Ein weiteres Zahnrad50 auf der Vorgelegewelle46 kämmt mit dem Zahnrad32 und ein Zahnrad52 auf der Vorgelegewelle46 kämmt mit einem Rückwärtsgangrad54 , das wiederum mit dem Zahnrad28 kämmt. Auf einer mit der Schalteinrichtung24 und dem Hohlrad16 verbundenen Welle60 ist der Rotor62 einer Wirbelstrombremse64 angeordnet, der mit einem an dem Gehäuseteil26 befestigten Stator66 zusammenwirkt. Die Wirbelstrombremse56 dient auch einer verschleißfreien Bremsung des Fahrzeugs insbesondere auf langen Gefällstrecken. Auf der Welle60 ist der Rotor72 einen Elektromotor70 angeordnet ist, dessen Stator74 am Gehäuseteil26 angeordnet ist. Der Elektromotor70 kann die Wirbelstrombremse64 beim Anfahren und Dauerbremsen durch einen generatorischen Betrieb unterstützen. Weiterhin kann der Elektromotor70 im generatorischen Betrieb Lichtmaschinenfunktionen übernehmen, solange die Welle60 nicht mit dem Gehäuseteil26 gekoppelt ist. Die Welle60 kann vom Elektromotor70 auch mitbeschleunigt und mitabgebremst werden, um die Synchronisation in der Schalteinrichtung24 zu unterstützen. - Beim Anfahren des Fahrzeugs wird von der Antriebsmaschine
58 Drehmoment über die Eingangswelle4 , die Vorgelegewelle46 und einen Anfahrgang auf die Welle6 und auf das Hohlrad16 des Planetengetriebes68 eingeleitet. Der Wirbelstromretarder64 bremst die Welle60 und damit das Hohlrad16 und stützt damit das von der Antriebsmaschine eingeleitete Drehmoment gegen das Gehäuseteil26 ab. Dadurch wird ermöglicht, dass sich das Drehmoment über die Planetenräder14 und den Planetenträger20 auf die Abtriebswelle8 des Schaltgetriebes2 überträgt. Die Schalteinrichtung24 befindet sich in der neutralen Mittelstellung und im Schaltgetriebe2 ist ein Anfahrgang geschaltet. Die Welle60 wird bis auf den Nulldurchgang abgebremst und zu diesem Zeitpunkt wird unter Zurücknahme der Zugkraft der Antriebsmaschine58 mit der Schalteinrichtung eine drehfeste Verbindung zum Gehäuseteil26 geschlossen. Dadurch wird die Welle60 blockiert und die Antriebsmaschine58 treibt über das Planetengetriebe68 die Abtriebswelle8 und damit das Fahrzeug an. Die Abtriebsdrehzahl der Hauptwelle6 wird durch die Übersetzung des Planetengetriebes68 untersetzt. Nun können in dem Hauptgetriebeteil22 und dem Splittergetriebeteil40 alle verfügbaren Gänge geschaltet werden bis zum höchsten Gang entsprechend dieser Übersetzung im Planetengetriebe68 . Beim Schalten erfolgt eine Zugkraftunterbrechung bzw. eine Zugkraftrücknahme, damit kurzzeitig die Drehmomentlast vom Schaltgetriebe genommen wird und eine Synchronisierung den gewünschten Gang einlegen kann. - Sind alle Gänge in Hauptgetriebeteil
22 und Splittergetriebeteil40 durchgeschaltet worden, so wird bei der Schaltung in den nächst höheren Gang das Gruppengetriebeteil10 umgeschaltet. Dabei wird die Verbindung der Welle60 mit dem Gehäuseteil26 gelöst und die Welle60 wird durch die Schalteinrichtung24 mit der Abtriebswelle8 bzw. dem Planetenträger20 verbunden. Das Hauptgetriebeteil22 befindet sich in einer Neutralstellung. Das Planetengetriebe68 ist überbrückt und Hohlrad16 und Planetenträger20 laufen in einem Block um das Sonnenrad12 . Eine Untersetzung findet nicht mehr statt, sondern das Drehmoment wird direkt von der Hauptwelle6 zur Abtriebswelle8 übertragen. In dieser Schaltstellung der Schalteinrichtung26 werden wieder alle Gänge von Hauptgetriebeteil22 und Splittergetriebeteil40 durchfahren. - Bei der Nutzung der Untersetzung des Planetengetriebes
68 entfällt die Dauerbremsfunktion des Wirbelstromretarders64 , weil die den Rotor62 des Wirbelstromretarders64 tragende Welle60 gegen das Gehäuseteil26 geblockt ist. - Durch die Bildung eines Gruppengetriebes können die Übersetzungen der Gänge im Schaltgetriebe
2 anders zusammengesetzt werden. In der verblockten Stellung des Planetengetriebes68 mit direktem Durchtrieb wir die höchste Übersetzung erreicht, die die Gesamtübersetzung der Gesamtanordnung bestimmt. In der Untersetzungsstellung des Planetengetriebes68 kann die kleinste Übersetzung zum Anfahren gewählt werden. Auf diese Weise wird aus dem Schaltgetriebe2 mit Hauptgetriebeteil22 und Splittergetriebeteil40 ein Gesamtgetriebe mit zusätzlichem Gruppengetriebeteil10 mit elektrodynamischen Anfahrmöglichkeiten. - Bezugszeichenliste
-
- 2
- Schaltgetriebe
- 4
- Eingangswelle
- 6
- Hauptwelle
- 8
- Abtriebswelle
- 10
- Gruppengetriebeteil
- 12
- Sonnenrad
- 14
- Planetenrad
- 16
- Hohlrad
- 20
- Planetenträger
- 22
- Hauptgetriebeteil
- 24
- Schalteinrichtung
- 26
- Gehäuseteil
- 28
- Rückwärtsgangzahnrad
- 30
- Schalteinrichtung
- 32
- Zahnrad
- 34
- Schalteinrichtung
- 36
- Zahnrad
- 38
- Schalteinrichtung
- 40
- Splittergetriebeteil
- 42
- Zahnrad
- 44
- Zahnrad
- 46
- Vorgelegewelle
- 48
- Zahnrad
- 50
- Zahnrad
- 52
- Zahnrad
- 54
- Rückwärtsgangrad
- 56
- Dämpfungseinrichtung
- 58
- Antriebsmaschine
- 60
- Welle
- 62
- Rotor
- 64
- Wirbelstrombremse
- 66
- Stator
- 68
- Planetengetriebe
- 70
- Elektromotor
- 72
- Rotor
- 74
- Stator
Claims (7)
- Elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe (
2 ) und einem Planetengetriebe (68 ), das die drei Elemente Sonnenrad (12 ), Hohlrad (16 ) und Planetenträger (20 ) umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle (8 ) verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine (58 ) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Elektromotor (70 ) und einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse (64 ) verbunden ist, und mit einer Schalteinrichtung (24 ), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (68 ) zur Überbrückung des Planetengetriebes (68 ) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (68 ) unterbrochen ist, und mit einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24 ) eine dritte Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element und einem festen Gehäuseteil (26 ) besteht, dass an dem mit der Schalteinrichtung (24 ) verbundenen Element (16 ,60 ) ein Rotor (62 ) der Wirbelstrombremse (64 ) angeordnet ist, der mit einem Stator (66 ) zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil (26 ) angeordnet ist, und dass das Planetengetriebe (68 ) an einer Abtriebswelle (6 ) am Ausgang des Schaltgetriebes (2 ) angeordnet ist. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Schalteinrichtung (
24 ) verbundene Element das Hohlrad (16 ) des Planetengetriebes (68 ) ist. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der direkten Drehmomentverbindung ohne Übersetzung zwischen der Abtriebswelle (
6 ) des Schaltgetriebes (2 ) und der Abtriebswelle (8 ) des Planetengetriebes (68 ) drehfest verbundenen Elemente das Hohlrad (16 ) und der Planetenträger (20 ) des Planetengetriebes (68 ) sind. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (
24 ) eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung mit Neutralstellung ist. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (
24 ) eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung mit Neutralstellung ist. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (
24 ) eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung ist. - Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (
68 ) ein Gruppengetriebeteil (10 ) des Schaltgetriebes (2 ) darstellt.
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