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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung von Sekundärantrieben, die in Wirkverbindung
mit einer Kardanwelle stehen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 103 14 182
A1 ist eine Hybridantriebseinheit für ein Automobil mit Frontbrennkraftmaschine
und Heckantrieb, mit einem ersten Motor, einem kraftverteilenden
Planetengetriebe und einem zweiten Motor bekannt.
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Der
erste Motor ist koaxial um eine Eingangswelle angeordnet. Über das
Planetengetriebe ist der erste Motor sowohl mit der Eingangswelle,
mittels eines Trägers
des Planetengetriebes, als auch mit einer Abtriebswelle, mittels
eines Hohlrads des Planetengetriebes, verbunden. Über eine
Kupplung ist die Abtriebswelle mit einer Kardanwelle verbunden.
In einer Ausführungsform
ist der erste Motor in dem Gehäuse
angeordnet, der ansonsten für
ein Automatikgetriebe vorgesehen ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der zweite Motor mit einem Untersetzungsplanetengetriebe axial
um eine zweiteilige Abtriebswelle angeordnet, wobei ein Teil der
Abtriebswelle über
eine Kupplung mit der Kardanwelle verbunden ist. Nur die Kardanwelle
gleicht Höhenunterschiede,
beispielsweise Schläge
von Hinterrädern,
aus.
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Aufgabe
des Kardans ist es, das Getriebe mit der Antriebsachse zu verbinden
und dabei auftretende Höhenunterschiede
und/oder Schwingungen zu kompensieren. Hierzu weist der Kardan eine
Kardanwelle, die jeweils am Ende ein Kardangelenk hat, auf.
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Bei
einem Personenkraftwagen (PKW) ist die Kardanwelle derart ausgebildet,
dass sich durch den Höhenunterschied
die Länge
der Kardanwelle ändert,
beispielsweise mittels eines teleskopartigen Aufbaus.
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Bei
einem Nutzfahrzeug (NFZ), insbesondere einem Lastkraftwagen (LKW),
ist die Kardanwelle starr, d. h. die Länge ist nicht variabel. Die
Kompensation erfolgt dabei über
Dämpfer.
(Kardanwelle innerhalb des Rahmens angeordnet)
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mindestens zwei Sekundärantriebe
als platzsparenden Nachrüstsatz/Bausatz
zwischen einem Getriebe und einem Antrieb eines Nutzfahrzeuges anzuordnen.
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Lösung
der Aufgabe
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Die
Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Anordnung der
Sekundärantriebe
koaxial um die Kardanwelle kein zusätzlicher Platzbedarf erforderlich
ist, da der Freiraum direkt axial um die Kardanwelle genutzt wird.
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Weiterhin
kann der Sekundärantrieb
als Bausatz oder Nachrüstsatz
in Nutzfahrzeuge (Lastkraftwagen) unterschiedlicher Hersteller eingebaut
werden. Aufgrund der ähnlichen äußeren Dimensionen der
Kardanwellen bei Nutzfahrzeugen von unterschiedlichen Herstellern
ist eine bestehende Kardanwelle nicht zu verändern, so dass beispielsweise
ein Ergänzen
oder Ersetzen von Zwischenwellen oder kürzeren Kardanwellen entfallen
kann.
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Da
bei Nutzfahrzeugen (Lastkraftwagen) die Kardanwellen starr sind,
ist der Einbau der Anordnung in jedem Bereich/Abschnitt der Kardanwelle ohne
zusätzliche
Vorkehrungen möglich.
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Trotz
unterschiedlicher Motormodelle und unterschiedlicher Getriebetypen
ist der Bereich der Kardananbindung bei unterschiedlichen Herstellern und
Fahrzeugtypen nahezu gleich ausgebildet, weshalb sich die erfindungsgemäße Anordnung
der Sekundärantriebe
in diesem Bereich als besonders günstig erweist, da mit einer
Anwendbarkeit auf viele Modelle die Stückzahlen steigen und damit
die Kosten der Einrichtung sinken. Ein hinsichtlich der Anwendung
auf verschiedene Fahrzeugtypen optimierter Anbringungsort der Sekundärantriebe
ist daher wünschenswert.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Sekundärantrieb
eine Expansionsmaschine mit axial angeordneten Kolben und einer
Taumelscheibe. Die Dimensionierung der Expansionsmaschine hängt von
der abzugebenden Leistung und vom Angebot an Abgasenergie ab. Da
die Nutzfahrzeuge (Lastkraftwagen) einsatzbedingt ein leistungsstarkes
Antriebsorgan aufweisen, ist sowohl das Abgasangebot, als auch die
für eine
wirksame Antriebsunterstützung
geforderte Leistung hoch. Somit besteht eine Forderung nach einem
leistungsstarken Sekundärantrieb.
Eine Axialkolben-/Expansionsmaschine mit einer entsprechend großen Zylinderzahl
oder mit großvolumig
bemessenen Zylindern würde
konstruktiv zu einer in ihrem Umfang groß dimensionierten Taumelscheibe
führen.
Hier ergibt sich der Nachteil deren Umfangsgeschwindigkeit, die
zu einer hohen Belastung des Materials der Taumelscheibe führen würde. Weiterhin
würde die
Abmessung der einzelnen Expansionsmaschine aufgrund des großen Durchmessers
der Taumelscheibe derart groß ausfallen,
dass eine Anordnung in dem Freiraum um die Kardanwelle erschwert
oder problematisch sein würde.
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Daher
werden mindestens zwei Expansionsmaschinen, vorteilhafterweise drei,
eingesetzt. Diese Expansionsmaschinen haben kleinere Abmessungen
im Vergleich zu einer großen
und deren Anordnung kann optimaler in dem Freiraum um die Kardanwelle
erfolgen, da sie um die Kardanwelle herum angeordnet werden. Die
Verbindung der einzelnen Expansionsmaschinen untereinander erfolgt über ein Planetengetriebe,
wobei das Hohlrad des Planetengetriebes lediglich zur Abstützung der
Planetenräder dient.
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Um
die Sekundärantriebe
und das Planetengetriebe gegen Verschmutzung oder sonstige äußere Einflüsse zu schützen, können diese
in einem Gehäuse,
welches beispielsweise mit dem Rahmen des Nutzfahrzeuges verbunden
ist, angeordnet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist der Sekundärantrieb
mittels eines Arbeitsmediums, wie beispielsweise Ethanol, Wasser,
Ammoniak, Tetrafluorethan o.a., welches über einen Wärmetauscher aus Abgas erhitzt
wird, antreibbar. Für
den Betrieb des Sekundärantriebs
ist kein zusätzlicher
Energieeinsatz erforderlich, da das Arbeitsmedium durch das Abgas
erhitzt wird. Der Sekundärantrieb
kann somit in den Betriebspunkten aktiv sein, in denen zusätzliches
Drehmoment erforderlich ist.
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Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1:
eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;
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2:
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung;
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3:
einen Querschnitt der Anordnung.
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In 1 ist
eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt,
wobei die Größenverhältnisse
der einzelnen Komponenten nicht maßstabsgetreu sind. Sekundärantriebe 1,
beispielsweise Kolbenexpander, sind jeweils mit einer zugehörigen Ausgangswelle 2 mit
einem Planetenrad 3 verbunden. Die Außenverzahnung des Planetenrads 3 steht
in Eingriff mit der Außenverzahnung eines
Sonnenrads 4, so dass das Planetenrad 3 das Sonnenrad 4 antreiben
kann. Das Sonnenrad 4 ist mittels einer Verbindung 5 mit
einer Kardanwelle 6 fest verbunden. Ferner besteht die
Möglichkeit,
zwischen der Verbindung 5 und der Kardanwelle 6 einen Freilauf
anzuordnen. Die Anordnung kann an jeder Stelle entlang der Kardanwelle 6 angeordnet
werden, die einen Freiraum aufweist, beispielsweise mittig oder
am jeweiligen Ende der Kardanwelle 6.
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Weiterhin
steht die Außenverzahnung
des Planetenrads 3 mit der Innenverzahnung eines Hohlrads 7 in
Eingriff. Das Hohlrad 7 dient nur zur Fixierung der Planetenräder 3.
Anstatt eines Hohlrads 7 kann die Fixierung des Planetenrads 3 in
anderer Form erfolgen, beispielsweise über ein außenverzahntes Zahnrad, das
an der Karosserie abgestützt ist.
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Ein
Primärantrieb 8,
beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, ist mittels eines
Getriebes 9 mit der Kardanwelle 6 verbunden, die
ein Heck 10 mit Rädern 11 antreibt.
Eine Frontpartie 12 ist in der dargestellten Ausführungsform
nicht mit der Kardanwelle 6 verbunden. Die erfindungsgemäße Anordnung
ist unabhängig
vom Antriebskonzept (Front-, Heck- und Allradantrieb). Die Anordnung
ist immer mit der Kardanwelle 6 direkt verbunden.
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2 zeigt
einen Querschnitt der Anordnung. Drei Planetenräder 3 sind um jeweils
einen Winkel α von
120° versetzt
um die Kardanwelle 6 angeordnet.
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Ein
Wärmetauscher 13 erhitzt
ein Arbeitsmedium, welches in Richtung des Pfeils A strömt, mittels Abgas,
welches in Richtung des Pfeils B strömt. Das erhitzte Arbeitsmedium
strömt
zu jedem Sekundärantrieb 1 über einen
Einlass in Richtung des Pfeils C und treibt die Kolben 14 an.
Die Kolben 14 sind auf einer Taumelscheibe 15 angeordnet,
so dass durch die translatorische Bewegung der Kolben 14 die
Taumelscheibe 15 rotatorisch bewegt wird. Über einen Auslass
strömt
das Arbeitsmedium wieder über
einen nicht dargestellten Kondensator und eine nicht dargestellte
Pumpe zu dem Wärmetauscher 13,
so dass ein geschlossenes thermodynamisches System für das Arbeitsmedium
vorliegt. Jeder Kolben 14 hat einen eigenen Ein- und Auslass
für das
Arbeitsmedium, was jedoch in 1 wegen der Übersichtlichkeit nicht
dargestellt ist. Die Axialkolben-/Expansionsmaschine wird unter
thermodynamischen Gesichtspunkten effektiv betrieben, wenn das Arbeitsmedium
zwischen den Zuständen
flüssig
und gasförmig
alterniert.
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Die
Taumelscheibe 15 ist wiederum mit der Ausgangswelle 2 verbunden,
so dass durch die rotatorische Bewegung der Ausgangswelle 2 das
Planetenrad 3 angetrieben wird. Die geometrische Auslegung
der Taumelscheibe 15 steht in Relation zu deren Umfangsgeschwindigkeit.
Die Anzahl der Sekundärantriebe 1 mit
jeweils einer Taumelscheibe 15, der Durchmesser der einzelnen
Taumelscheibe 15 und das Übersetzungsverhältnis zwischen
Planetenrad 3 und Sonnenrad 4 ist vom Drehmoment
oder dem Drehmomentbereich des Nutzfahrzeuges abhängig.
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1 und 3 zeigen,
dass jeder Sekundärantrieb 1 an
einem Rahmen 16 des Fahrzeugs mittels einer Verbindung 17 angeordnet
ist. Die Verbindung 17 kann ebenfalls an einem Gehäuse 18 angeordnet
sein. Das Gehäuse 18 dient
zum Schutz der Anordnung. Das Gehäuse 18 ist mit dem
Rahmen 16 verbunden.
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Die
Anordnung kann als Bausatz oder Nachrüstsatz, insbesondere bei Nutzfahrzeugen
von unterschiedlichen Herstellern eingesetzt werden.
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Der
Sekundärantrieb 1 kann
zudem als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
eignet sich für
sämtliche
Fahrzeug-, Eisenbahn- und Schiffsantriebe,
bei denen hohe Momente auf eine Kardan-, Propeller- oder Abtriebswelle
aufgebracht werden.
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- 1
- Sekundärantrieb
- 2
- Ausgangswelle
- 3
- Planetenrad
- 4
- Sonnenrad
- 5
- Verbindung
- 6
- Kardanwelle
- 7
- Hohlrad
- 8
- Primärantrieb
- 9
- Getriebe
- 10
- Heck
- 11
- Rad
- 12
- Frontpartie
- 13
- Wärmetauscher
- 14
- Kolben
- 15
- Taumelscheibe
- 16
- Rahmen
- 17
- Verbindung
- 18
- Gehäuse
- A
- Pfeil
- B
- Pfeil
- C
- Pfeil
- α
- Winkel