DE102007001841A1

DE102007001841A1 - Verfahren zur Hybridnachrüstung und Hybridantriebseinheit

Info

Publication number: DE102007001841A1
Application number: DE102007001841A
Authority: DE
Inventors: Peter Rose
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachrüsten eines Antriebsstranges, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstranges, umfassend einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und einen am oder im Getriebe angeschlossenen, vom Verbrennungsmotor oder einer Getriebeabtriebswelle antreibbaren hydrodynamischen Retarder (3), mit einem Hybridantrieb. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder vom Getriebe demontiert und an seiner Stelle ein Elektromotor montiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachrüsten eines Antriebsstrangs, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit einem Hybridantrieb, und eine Hybridantriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor.
Hybridfahrzeuge beziehungsweise Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb sind bekannt. Solche Fahrzeuge können sowohl mittels einem Verbrennungsmotor als auch einem Elektromotor angetrieben werden. Auch ein Mischbetrieb, das heißt der gleichzeitige Antrieb des Fahrzugs mittels des Verbrennungsmotors und Elektromotors, ist möglich.
Herkömmlich ist der Elektromotor zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet und kann somit eine Getriebeeingangswelle elektrisch antreiben. Beispielsweise trägt die Getriebeeingangswelle den Rotor des Elektromotors oder ist integral mit diesem ausgebildet.
Die bekannten Hybrideinheiten weisen den Nachteil auf, dass die axiale Baulänge der Antriebseinheit aus Verbrennungsmotor, Elektromotor und Getriebe im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsmotorantriebseinheiten ohne Hybrid verlängert ist. In der Entwicklung hat man daher inzwischen Abstand genommen von leistungsstarken Elektromotoren, welche ein Kraftfahrzeug über einen großen Geschwindigkeitsbereich hinweg beschleunigen können, und setzt stattdessen leistungsschwächere Elektromotoren ein, welche lediglich dem Anfahren des Kraftfahrzeugs bei kleinen Geschwindigkeiten dienen. Die leistungsschwächeren Elektromotoren weisen im Vergleich zu den leistungsstarken Elektromotoren eine erhebliche geringere Baugröße auf, so dass das Problem der erforderlichen zusätzlichen axialen Baulänge der gesamten Antriebseinheit einigermaßen zufriedenstellend gelöst werden kann.
Ein weiteres Problem bekannter Hybridantriebseinheiten liegt darin, dass der Austausch eines defekten Elektromotors oder die Nachrüstung eines allein mit Verbrennungsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Elektromotor für einen Hybridantrieb aufwendig und kostenintensiv ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Nachrüsten eines Antriebsstranges, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstranges, mit einem Hybridantrieb sowie eine Hybridantriebseinheit anzugeben, bei welchen das Problem der axialen Baulänge und der weiteren oben genannten Probleme optimal gelöst werden. Insbesondere soll die Nachrüstung kostengünstig und flexibel im Hinblick auf die mögliche Antriebsleistung des verwendeten Elektromotors erfolgen können, und vorteilhaft unabhängig von Variationen in der Baugröße der Elektromotoren verschiedener Leistungsklassen sein.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Hybridantriebseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Nachrüstverfahren sieht vor, den Elektromotor an der Stelle im Antriebsstrang zu montieren, an welcher herkömmlich ein hydrodynamischer Retarder, insbesondere Sekundärretarder, am Getriebe angeschlossen oder im Getriebe integriert war. Selbstverständlich ist es auch möglich, insbesondere bei fabrikneuen Antriebssträngen, anstelle eines montierbaren Retarders, insbesondere Sekundärretarders, gleich einen Elektromotor gemäß Anspruch 1 zu montieren und auf die Montage des Retarders von Anfang an zu verzichten, um vorteilhaft zu einem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang mit einem auf einer Nebenabtriebswelle des Getriebes angeschlossenen Elektromotor zu gelangen.
Der Begriff „Nebenabtrieb" beziehungsweise „Nebenabtriebswelle" des Getriebes bezieht sich dabei auf eine Triebverbindung, die herkömmlich zum Antrieb von Nebenaggregaten, hier insbesondere des Retarders, verwendet wird. Dieser Nebenabtrieb ist auch unter dem Begriff Power-Take-Off bekannt. Bei Anordnung des Elektromotors auf einem solchen Nebenabtrieb wird natürlich bei einem Antrieb des Getriebes beziehungsweise der Abtriebswelle des Getriebes mittelbar über den Elektromotor dieser Nebenabtrieb zu einem Nebenantrieb, das heißt einer parallelen Leistungseinleitung von Antriebsleistung bezogen auf die Leistungseinleitung der Verbrennungsmotorleistung über die Getriebeeingangswelle.
Besonders vorteilhaft wird der Elektromotor auf einem Hochtrieb des Getriebes montiert, das heißt er wird aufgrund einer vorgesehenen Übersetzung zwischen einer Getriebeabtriebswelle, mittels welcher beispielsweise die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden, und einem Nebenabtrieb, auf welchem der Elektromotor angeordnet sein kann, stets mit einer höheren Drehzahl als die Getriebeabtriebswelle angetrieben.
Bei der Montage des Elektromotors an der Stelle eines Sekundärretarders ist der Elektromotor auf einer mit Bezug auf den Antriebsleistungsfluss vom Verbrennungsmotor zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs der Getriebeantriebsseite entgegengesetzt angeordneten Getriebeabtriebsseite angeordnet, da ein Sekundärretarder im Gegensatz zu einem Primärretarder stets in Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebsräder und damit der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs angetrieben wird, wohingegen ein Primärretarder aufgrund seiner Anordnung auf der Getriebeantriebsseite oder im Bereich derselben in Abhängigkeit der Drehzahl des Verbrennungsmotors angetrieben wird.
Der Elektromotor kann beispielsweise mittels einer Flanschverschraubung an dem Flansch einer Getriebeabtriebswelle, insbesondere Nebenabtriebswelle des Getriebes, angeschraubt sein, an welchem insbesondere vor der Nachrüstung der Rotor eines hydrodynamischen Retarders angeschraubt war. Die gleiche Flanschverschraubung beziehungsweise der sich entsprechende Flansch kann in verschiedenen Fahrzeugen zur Verbindung mit Elektromotoren mit verschiedener Antriebsleistung verwendet werden, unabhängig davon, dass in der Regel die leistungsstärkeren Elektromotoren im Verhältnis zu leistungsschwächeren Elektromotoren größer sind. Die Anordnung des Elektromotors auf einem Hochtrieb begünstigt zudem die Verwendung von vergleichsweise kleinen Elektromotoren, die aufgrund der möglichen hohen Drehzahl trotzdem eine vergleichsweise große Antriebsleistung bereitstellen können.
Anstelle einer Flanschverbindung zwischen dem Elektromotorrotor und der Nebenabtriebswelle kann auch eine einteilige Wellenverbindung vorgesehen sein, das heißt der Läufer des Elektromotors trägt formschlüssig oder stoffschlüssig das Ritzel des Nebenabtriebs beziehungsweise des Hochtriebs. Insbesondere, wenn zuvor der Rotor des Retarders formschlüssig beziehungsweise stoffschlüssig mit einem entsprechenden Ritzel des Nebenabtriebs ausgeführt war, das heißt eine einstückige Nebenabtriebswelle sowohl den Rotor des Retarders als auch das Ritzel getragen hat, kann die gesamte Welle gegen eine neue Welle, die dann das Ritzel und den Läufer des Elektromotors ausbildet, ausgetauscht werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben werden.
1 zeigt den Austausch eines Sekundärretarders durch einen Elektromotor zum Nachrüsten eines bestehenden Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit einem Hybridantrieb beziehungsweise eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinheit mit einem Elektromotor auf einer Nebenabtriebswelle des Getriebes.
In der 1 erkennt man den Verbrennungsmotor 1 und ein unmittelbar an diesem mechanisch angeschlossenes Getriebe 2. Das Getriebe 2 kann als Handschaltgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe oder Automatgetriebe ausgeführt sein. Andere Ausführungsformen sind möglich.
Der Verbrennungsmotor 1 treibt über seine Kurbelwelle die Getriebeeingangswelle 10 an, welche wiederum über im Getriebe vorgesehene verschiedene Gangstufen (nicht dargestellt) die Getriebeabtriebswelle 4 antreibt. Die Getriebeabtriebswelle 4 ist mit wenigstens einer Antriebsachse 7 des Kraftfahrzeugs, in der Regel über ein Differential 11, verbunden, um so Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor 1 auf die Räder 12 des Kraftfahrzeugs mit einer gewünschten Drehzahl und einer gewünschten Antriebsleistung durch Regelung des Verbrennungsmotors 1 und durch Einstellen einer gewünschten Gangstufe in dem Getriebe 2 zu übertragen.
Der Kraftfahrzeugantriebsstrang gemäß der 1 weist einen Retarder 3 in Form eines sogenannten Sekundärretarders, das heißt einen in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit angetriebenen Retarder auf, der in einem eigenen Gehäuse 13 an dem Getriebegehäuse 14 angeschlossen, beispielsweise angeschraubt ist. Alternativ könnte der Retarder 3 auch außen in einem entsprechenden Getriebegehäuse 14 integriert sein beziehungsweise das Retardergehäuse 13 und das Getriebegehäuse 14 einteilig ausgeführt sein. Schließlich ist es auch möglich, den Retarder 3 innerhalb des Getriebes 2 zu positionieren.
In der gezeigten Ausführung wird der Retarder 3 über einen Hochtrieb 6 mit einer Drehzahl seines Rotors angetrieben, welche stets größer als die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle 4 ist. Das bedeutet, das Rotorschaufelrad des Retarders läuft im eingeschalteten Zustand des Retarders stets mit einer Drehzahl um, die oberhalb der Drehzahl der Getriebeabtriebswelle 4 liegt. Hierzu ist eine entsprechende Übersetzung mit einem Zahnrad und einem vergleichsweise kleineren Ritzel, welches die Nebenabtriebswelle 9, an dessen Flansch 8 der Rotor des Retarders 3 mittels einer Flanschverschraubung angeschraubt ist, antreibt, im Getriebe 2 vorgesehen.
Anstelle der Flanschverschraubung an dem Flansch 8 kann der Rotor des Retarders zusammen mit der Nebenabtriebswelle und dem Ritzel des Hochtriebs beziehungsweise der Läufer des Elektromotors zusammen mit der Nebenabtriebswelle und dem Ritzel des Hochtriebs 6 einstückig ausgeführt sein. Beim Nachrüsten wird dann die erstgenannte einstückige Baueinheit gegen die zweitgenannte einstückige Baueinheit ausgetauscht, das heißt auch das Ritzel des Hochtriebs 6 wird „gewechselt". Ein solcher Austausch kann beispielsweise leicht durch eine Einstecklagerung beziehungsweise ein Einsteckgehäuse des Elektromotors, welches in das Getriebegehäuse 14 eingesteckt wird, erzielt werden.
Der Retarder 3 kann nun gemäß dem erfindungsgemäßen Nachrüstverfahren von dem Getriebe 2 gelöst und durch einen Elektromotor 5 ersetzt werden. Besonders vorteilhaft wird dabei der Elektromotor 5 mittels einem entsprechend an seinem Rotor vorgesehenen Flansch an jenem Flansch 8 verschraubt, mit dem die Nebenabtriebswelle 9 versehen ist und an dem der Rotor des Retarders 3 zuvor angeschraubt war. Auch das Gehäuse des Elektromotors 5 kann mit derselben Verschraubung beziehungsweise an denselben Stellen am Getriebe 2 verschraubt werden, an welchen zuvor das Retardergehäuse 13 angeschraubt war. Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Anschraubstellen vorzusehen oder den Elektromotor 5 teilweise oder ganz im Getriebegehäuse 14 integriert zu montieren.
Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik ist der Elektromotor 5 somit nicht auf der Getriebeantriebsseite 2.1, sondern auf der Getriebeabtriebsseite 2.2 angeordnet, auf welcher auch die Getriebeabtriebswelle 4 vorgesehen ist. Diese Aussage bezieht sich auf den Antriebsleistungsfluss in das und aus dem Getriebe 2 und kann sich, muss sich aber nicht auf die örtliche Position des Elektromotors 5 auf einer von dem Verbrennungsmotor 1 abgewandten Seite beziehen.
Insbesondere bei der gezeigten Positionierung des Elektromotors 5 parallel zur Getriebeabtriebswelle 4 kann der ohnehin vorhandene Bauraum oder der zuvor für einen Sekundärretarder verwendete Bauraum zur Aufnahme des Elektromotors 5 verwendet werden. Die axiale Baulänge des Antriebsstranges wird durch Nachrüsten des Hybridantriebs nicht verlängert. Die Auswahl einer geeigneten Maschinengröße des Elektromotors 5 ist wesentlich weniger beschränkt als bisher, ohne dass die Gefahr unzulässig in Axialrichtung ausgedehnter Antriebsstränge besteht.
Schließlich ermöglicht die Montage des Elektromotors 5 auf einem Hochtrieb 6 im Getriebe die Verwendung von elektrischen Maschinen mit hoher Drehzahl, beispielsweise Asynchronmaschinen, welche bei vergleichsweise geringer Baugröße eine hohe Antriebsleistung aufweisen.

Claims

Verfahren zum Nachrüsten eines Antriebsstranges, insbesondere Kraftfahrzeugantriebsstranges, umfassend einen Verbrennungsmotor (1), ein Getriebe (2) und einen am oder im Getriebe angeschlossenen, vom Verbrennungsmotor (1) oder einer Getriebeabtriebswelle (4) antreibbaren hydrodynamischen Retarder (3), mit einem Hybridantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (3) vom Getriebe (2) demontiert und an seiner Stelle ein Elektromotor (5) montiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) auf oder an einem Hochtrieb (6) des Getriebes (2) montiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) eine Getriebeantriebsseite (2.1), mit welcher es mittelbar oder unmittelbar am Verbrennungsmotor (1) angeschlossen ist, und eine Getriebeabtriebsseite (2.2), mit welcher es an wenigstens einer Antriebsachse (7) des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, aufweist, der Retarder (3) ein Sekundärretarder ist, und der Elektromotor (5) auf der Getriebeabtriebsseite (2.2) anstelle des Sekundärretarders montiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Retarder (3) mittels einer Flanschverschraubung an einem Flansch (8) einer Abtriebswelle, insbesondere Nebenabtriebswelle (9) des Getriebes (2) angeschlossen ist, und ein Läufer des Elektromotors (5) an demselben Flansch (8) nach Abschrauben des Retarders (3) angeschraubt wird.
Hybridantriebseinheit, insbesondere für Kraftfahrzeuge, 5.1 mit einem Verbrennungsmotor (1); 5.2 mit einem am Verbrennungsmotor (1) angeschlossenen Getriebe (2), das über eine Getriebeantriebsseite (2.1) von dem Verbrennungsmotor (1) angetrieben wird oder antreibbar ist und auf einer Getriebeabtriebsseite (2.2) eine Getriebeabtriebswelle (4) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass 5.3 das Getriebe (2) eine Nebenabtriebswelle (9) auf der Getriebeabtriebsseite (2.2) aufweist, welche mittels eines daran angeschlossenen Elektromotors (5) antreibbar ist, um Antriebsleistung vom Elektromotor (5) auf die Getriebeabtriebswelle (5) zu übertragen.
Hybridantriebseinheit gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (9) neben der und insbesondere parallel zu der Getriebeabtriebswelle (4) angeordnet ist.
Hybridantriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (9) auf einem Hochtrieb (6) angeordnet ist und somit mit einer Drehzahl größer als die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle (4) umläuft.
Hybridantriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) einen Läufer aufweist, der mittels einer Flanschverschraubung an einem Flansch (8) der Nebenabtriebswelle (9) angeschraubt ist.
Hybridantriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) vollständig oder im wesentlich außerhalb des Getriebes (2), insbesondere außerhalb eines das Getriebe (2) umschließenden Gehäuses (14) angeordnet ist, und insbesondere mit einem Elektromotorgehäuse (13) am Getriebegehäuse (14) montiert, insbesondere angeschraubt ist.