DE102008053051A1

DE102008053051A1 - Kraftfahrzeugantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102008053051A1
Application number: DE102008053051A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Denke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: DE102008053051B4

Abstract

Eine Kraftfahrzeugantriebseinrichtung mit einem mit flüssigem oder gasförmigem Treibstoff angetriebenen Verbrennungsmotor (10), insbesondere einem Kolbenmotor, umfasst wenigstens eine Regeleinrichtung (40, 51; 60, 61), deren Regelausgang wahlweise mittels einer Getriebeeinrichtung (21, 22) auf wenigstens zwei Antriebsräder (17, 18; 57, 58) des Kraftfahrzeuges übertragen wird. Die Getriebeeinrichtung (21, 22) besitzt zwei je ein Hohlrad (27, 28), je ein Sonnenrad (19, 20) und wenigstens je zwei dazwischen befindliche Planetenräder (23, 24, 25, 26) aufweisende Planetengetriebe, die jeweils antriebsseitig beidseitig mit der Antriebswelle (11) des Verbrennungsmotors (10) und abtriebsseitig mit je einem Antriebsrad (17, 18) des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind. Die wenigstens eine Regeleinrichtung (40, 51; 60, 61) wirkt mit ihrem Regelausgang auf die Planetengetriebe (21, 22) ein, so dass die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors entsprechend dem Regelausgang der Regeleinrichtung (40) auf die Antriebsräder (17, 18) übertragbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugantriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derzeit werden zum Antrieb von Kraftfahrzeugen allgemein flüssige Treibstoffe verwendet, die aus fossilen Materialien wie Erdöl hergestellt werden. Diese flüssigen Treibstoffe, Benzin oder Dieselöl werden auf längere Zeit hinweg in Zukunft immer teurer, weil die Vorräte an fosslien Materialien endlich sind bzw. nur mit immer größerem Aufwand gefördert werden können. Weiterhin ist von besonderer Bedeutung, daß durch das Verbrennen der fossilen Materien der Treibhauseffekt in der Atmosphäre durch beim Verbrennungsprozeß erzeugtes CO2 immer weiter verstärkt wird, sodaß alternative Antriebe für Kraftfahrzeuge immer größere Bedeutung erhalten.
Eine diese Alternativen besteht darin, daß zum Antrieb von Kraftfahrzeugen Wasserstoff verwendet werden könnte. Die Problematik bei Wasserstoff besteht derzeut noch darin, daß die Bevorratung einer für einen Betrieb eines Kraftfahrzeuges in Kraftfahrzeugen erforderlichen Menge an Wasserstoff Schwierigkeiten bereitet. Zumindest sind geeignete Speicher für Wasserstoff noch nicht vorhanden.
Aus der DE 101 11 137 A1 ist eine zweite Alternative bekannt geworden. Danach wird als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug ein Elektromotor verwendet, dessen elektrische Energie durch eine Brennstoffzelle, in der Wasserstoff zu Wasser verbrannt wird, erzeugt wird. Diese Technik ist allerdings noch nicht in der Serienfertigung von Kraftfahrzeugen eingesetzt.
Bei der Verwendung von Elektromotoren besteht das Problem, daß Batterien oder Akkumulatoren, die eine ausreichende Menge an Energie speichern können, derzeit noch nicht fertig entwickelt sind. Die Natrium-Schwefel-Batterie, die vor Jahren entwickelt worden ist, ist in der Handhabung und Fertigung schwierig und für den robusten Alltagsbetrieb eher nicht geeignet. Eine weitere Batterie auf der Basis von Lithium (Lithium-Ionen-Batterie) ist zwar derzeit in den USA für Kraftfahrzeuge in Verwendung; allerdings sind die hiermit angetriebenen Fahrzeuge noch recht teuer.
In gleicher Weise ist bekannt geworden, ein Kraftfahrzeug mittels eines Hybridantriebes anzutreiben, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfaßt. Dieses Kraftfahrzeug wird von der Fa. Toyota unter der Marke Prius vertrieben. An einem Ende der Antriebswelle des Verbrennungsmotors schließt ein Generator an, hinter welchem über ein Spezialgetriebe die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges angetrieben werden. Am freien Ende dieses Wellenstranges befindet sich ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad und zwei dazwischen befindlichen Planetenräder; das Sonnenrad ist vom Verbrennungsmotor und der Elektromotor mit dem Hohlrad gekuppelt. Wahlweise kann der Verbrennungsmotor oder der Elektromotor betrieben werden. Über längere Strecken mit erhöhter Geschwindigkeit werden der Verbrennungsmotor und im Stadtverkehr der Elektromotor benutzt, was zu einem günstigen Wirkungsgrad führt. Diese Anordnung benötigt ein Schaltgetriebe, das auch ein Automatikgetriebe sein kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugantriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die erheblich einfacher als die bekannten Antriebseinrichtungen aufgebaut ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß also umfaßt die Getriebeeinrichtung wenigstens zwei je ein Hohlrad, ein Sonnenrad un wenigstens zwei dazwischen befindliche Planetenräder aufweisende Planetengetriebe, die antriebsseitig mit der Antriebswelle des Verbrennungsmotors an deren beiden Enden und antriebsseitig mit je einem Antriebsrad des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind. Weiterhin ist die Regeleinrichtung mit der Getriebeeinrichtung derart gekoppelt, daß ihr Regelausgang auf die Planetengetriebe einwirkt, sodaß die Antriebssleistung des Verbrennungsmotors entsprechend dem Regelausgang auf die Antriebsräder übertragbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahin gehen, daß das Sonnenrad jedes Planetengetriebes jeweils mit der Antriebswelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist und die Planetenräder jedes Planetengetriebes den Abtrieb bilden und mit den Antriebsräders des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind.
Damit also sind in besonders vorteilhafter Weise die Regeleinrichtung mit den Hohlrädern gekoppelt und die Antriebswelle mit den Sonnenrädern. Dabei wären die Stege der Planetenräder mit den Antriebsrädern gekoppelt, wobei die Regeleinrichtung auf die Hohlräder einwirkt. Natürlich könnte die Zuordnung der Antriebswelle und der Antriebsräder zu den Planetengetrieben anders ausgestaltet sein; hierbei wären alle Variationen denkbar: die Antriebswelle könnte mit dem Steg der Planetenräder und die Antriebswelle mit den Hohlrädern gekoppelt sein, wobei die Regeleinrichtung auf die Sonnenräder einwirken würde. Die Anordnung, bei der die Antriebswelle mit den Sonnenrädern und die Stege mit den Antriebsrädern gekuppelt sind und doie Regeleinrichtung auf die Hohlräder einwirkt, hat sich aber als optimal und extrem kompakt herausgestellt, so da0 diese Zuordnung vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:
Es sei angenommen, daß sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet. Die Antriebswelle dreht somit die Sonnenräder und über die Planetenräder werden die Hohlräder angetrieben. Die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges werden durch Kraftfahrzeugbremsen gebremst, damit sich das Kraftfahrzeug aufgrund der inneren Reibung in den Planetengetrieben nicht in Bewegung setzt. Die Regeleinrichtung wirkt im Leerlauf auf die Hohlräder noch nicht ein. Wenn das Kraftfahrzeug anfährt, werden die Bremsen gelöst und die Regeleinrichtung beginnt, bremsend auf die Hohlräder einzuwirken, so daß die Planetenräder und die Stege sowie die mit den Stegen verbundenen Antriebsräder in Drehung versetzt werden. Die Hohlräder werden von der Regeleinrichtung bis zu ihrem Stillstand abgebremst, sodaß die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors entsprechend der Betätigung des Gaspedals des Kraftfahrzeuges direkt auf die Planetenräder und die Antriebsräder des Verbrennungsmotors übertragen wird. Dabei kann die Regeleinrichtung so ausgebildet sein, daß dann, wenn der Verbrennungsmotor beispielsweise bei einer Drehzahl von 4.500 U/min die größte Leistung abgibt, die Drehung der Hohlräder zu Null wird, was bedeutet, daß in besonders vorteilhafter Weise die Regeleinrichtung eine solche Drehzahl der Hohlräder zuläßt, daß damit z. B. eine Lichtmaschine angetrieben werden, die eine ausreichende elektrische Energie für das Kraftfahrzeug zu Verfügung stellt, mit der bestimmte elektrische Geräte, die für den Betrieb des Kraftfahrzeuges notwendig oder nützlich sind, mit dieser elektrischen Energie betrieben werden können.
Der besondere Vorteil dieser neuartigen Antriebseinrichtung besteht darin, daß ein Schaltgetriebe und eine Kupplung nicht mehr erforderlich sind, sondern die Leistung des Verbrennungsmotors direkt auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges übertragen werden kann.
Die Regeleinrichtung kann als Generator oder als Elektromotor arbeiten; es besteht auch die Möglichkeit, sie als mechanischer oder hydraulischer Energiespeicher auszubilden, der einen Energiewandler oder mechanischer oder hydraulischer Antrieb fungieren kann.
Die Regeleinrichtung ist vorteilhafterweise mit den Hohlrädern über ein dazwischen befindiches Differentialgetriebe gekoppelt, um Kurvenfahrten des Kraftfahrzeuges, bei dem sich die kurveninneren Antriebsräder langsam als die kurvenaußen befindlichen Antriebsräder drehen, zu ermöglichen.
Bei einer Variante der Erfindung kann die Regeleinrichtung als Generator einen elektrischen Energiespeicher auflädt, mit dem bei Stillsetzung des Verbrennungsmotors das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann, wobei die Regeleinrichtung als Elektromotor arbeitet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß zwei Regeleinrichtungen vorgesehen sind, die einzeln auf je ein Planetenradgetriebe einwirken, so daß jeweils ein Antriebsrad unabhängig von dem anderen Antriebsrad angetrieben wird. Dadurch kann ein Differentialgetriebe entfallen und die einzelnen Antriebsräder können getrennt voneinander mit unterschiedlichen Leistungen angetrieben werden.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Hohlräder mit einem Generator zu koppeln, der einen Akkumulator auflädt, dessen Energie einen Elektromotor antreibt, der mit weiteren Antriebsrädern gekoppelt ist.
Dabei besteht auch die Möglichkeit, daß zwei Elektromotoren vorgesehen sind, die einzeln auf jeweils ein Antriebsrad ihre Leistung abgeben.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß von den beiden Hohlrädern unter Zwischenfügung eines Differentialgetriebes ein Generator angetrieben ist, mit dem ein elektrischer Energiespeicher aufladbar ist, deren Energie einen Elektromotor antreibt, mit dem zwei weitere Antriebsräder ggfls. Über ein weiteres Differentialgetriebe antreibbar sind.
An Hand der Zeichnungen, in denen zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
1 bis 3 je eine schematische Darstellung zweier Ausführungsformen der Erfindung.
Es sei Bezug genommen auf die 1.
Ein Verbrennungsmotor 10, der ein Otto- oder ein Dieselmotor sein kann, besitzt eine Antiebswelle 11, von der hier lediglich die Enden 11a und 11b sichtbar sind, besitzt hier je einen Flansch 12a, 12b, an welchen je ein Wellenabschnitt 13 und 14 angeflanscht ist. Diese Wellenabschnitte 13 und 14, die ein hier durch je eine punktiere Strecke 15, 16 angedeutetes Umlenkgetriebe aufweisen können, beispielsweise weil die Mittelachse des Verbrennungsmotors und die Drehachsen von Antriebsrädern 17, 18 in unterschiedlichenen Ebenen liegen, sind jeweils mit dem innen liegenden Sonnenrad 19, 20 eines Planetengetriebes 21, 22 verbunden. Mit dem Außenumfang des Sonnenrades 19, 20 kämmen je zwei Planetenräder 23, 24; 25, 26, die wiederum mit der Innenverzahnung je eines Hohlrades 27, 28 kämmen. Die Planetenräder 23, 24 und 25, 26 sind miteinander gekoppelt und mittels als mechanische Kupplungselemente 29, 30, die hier schematisch als U-förmige Gabeln dargestellt sind, ausgebildeten Stegen mit je einem weiteren Wellenabschnitt 31, 32 gekoppelt, an deren Enden die Antriebsräder 17, 18 des Kraftfahrzeuges angeschlossen sind. An den weiteren Wellenabschnitteen 31, 32 sind Bremsen 33 angeordnet, von denen nur die Bremse 33 des linken Antriebsrades 17 gezeichnet ist.
Diese bis eben beschriebene Anordnung wird benutzt, wenn der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist und benutzt wird. Ein als Lichtmaschine dienender Generator, der einen Akkumulator auflädt, mit dem die elektrische Versorgung des Kraftfahrzeuges sichergestellt ist, ist hier nicht dargestellt. Auch ist ein Schaltgetriebe nicht vorgesehen und nicht notwendig.
Der Antriebseinrichtung ist eine Regeleinrichtung 40, die hier als Generator ausgebildet ist, zugeordnet, dessen Abtriebswelle gemäß Kraftrichtungspfeilen 41 mit einem nur schematisch gezeichneten Differentialgetriebe 42 gekoppelt, das sich in einem Wellen- oder Antriebsgetriebezug 43, 44 befindet, dessen Enden mit jeweil dem Hohlrad 27 bzw. 28 der Planetengetriebe 21, 22 verbunden sind, sodaß die Regeleinrichtung 40 auf die Hohlräder über die Pfeilsymbole 43a, 44a einwirkt. Die Regeleinrichtung 40 bremst die Hohlräder 27, 28 entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ab. Wenn die Regeleinrichtung 40 als Generator arbeitet, kann sie einen Energiespeicher 40a aufladen, der so bemessen ist, daß das Kraftfahrzeung bei Bedarf vom Energiespeicher 40a über die dann als Elektromotor arbeitende Regeleinrichtung angetrieben wird.
Die Planetengetriebe haben aufgrund ihres Aufbaus den Vorteil, daß sie bei Stillstand der als Generator bzw. Elektromotor oder des Verbrennungsmotors die Leistung des jeweils in Betrieb befindlichen Motors auf die Antriebsräder 17, 18 übertragen, ohne daß sich beide Motoren gegeneinander beeinflussen oder stören.
Die Planetengetriebe sind entsprechend den beiden Motoren ausgelegt und bemessen.
Die 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Dabei ist der Verbrennungsmotor 10 über die Planetengetriebe 21, 22 mit den Antriebsrädern 17 und 18 verbunden, wie anhand der 1 schon beschrieben.
An den Hohlrädern 27 und 28 ist ein dem Wellenzug 43, 44 entsprechender Wellenzug 45, 46 angeschlossen, der entsprechend den Pfeilsymbolen 45a, 46a über ein Differentialgetriebe 47 und über einen durch eine Kraftwirkungslinie 48 angedeuteten Mechanismus einen Generator 49 als Regeleinrichtung antreibt, der über Stromleitungen 53, 54 einen Akkumulator 50 auflädt, wenn der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist. Die Energie des Akkumulators 50 treibt über Verbindungsleitungen 55, 56 einen Elektromotor 51 an, dessen Leistung gemäß Wirklinie 59 mit dem Pfeilsymbol 59a über ein Differentialgetriebe 52 weitere Antriebsräder 57, 58 antreibt.
Dabei könnten der Verbrennungsmotor die Antriebsräder mit einer Leistung von 100 kW und der Generator 51 die weiteren Antriebsräder 57, 58 mit einer Leistung von 50 kW antreiben.
Bei der Ausführung nach 3 ist die Regeleinrichtung 40 der 1 durch zwei Regeleinrichtungen 60, 61 ersetzt, die über Kraftwirkungslinien 62, 63 mit den Hohlrädern 27, 28 gekoppelt sind und auf diese bremsend einwirken. Die Einwirkung jeder Regeleinrichtung kann unabhängig voneinander erfolgen, so daß die Antriebsräder mit unterschiedlicher Leistung angetrieben werden. Ein Differentialgetriebe, wie es nach den Ausführungen der 1 und 2 erforderlich ist, kann hier entfallen. Auch können beide Regeleinrichtungen 60, 61, wenn sie als Elektromotoren arbeiten, unterschiedliche Leistungen an die Antriebräder abgeben, was in besonderen Fällen vorteilhaft sein kann.
Im Betrieb wirken die Anordnungen nach den 1 bis 3 wie folgt:
Der Verbrennungsmotor 10 laufe im Leerlauf. Dabei dreht die Antriebswelle 11 die Sonnenräder 19, 20 und über die Planetenräder 23 bis 25 werden die Hohlräder 27, 28 in Drehung versetzt, wobei die beiden Planetengetriebe aufgrund ihrer inneren Reibung die Antriebsräder 17, 18 in Drehung versetzen würden, so daß sich das Kraftfahrzeug in Bewegung versetzen könnte, wenn es nicht durch die Bremsen 33 abgebremst würde. Die Regeleinrichtung 40 wirkt noch nicht auf die Hohlräder 27, 28. Soll das Kraftfahrzeug anfahren, werden die Bremsen 33 gelöst und die Regeleinrichtung 40 wirkt bremsend auf die Hohlräder 27, 28 ein, bis diese praktisch zum Stillstand kommen und die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 10 vollständig auf die Antriebsräder übertragen wird. Wenn gesagt ist „praktisch zum Stillstand”, dann schließt dieses nicht aus, daß sich die Hohlräder mit einer bestimmten Drehzahl weiterdrehen können, um z. B. eine Lichtmaschine zur Stromversorgung des Kraftfahrzeuges anzutreiben.
Arbeitet die Regeleinrichtung als Generator, kann sie einen Akkumulator aufladen, der den dann als Elektromotor arbeitenden Generator mit Energie versorgt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben, wenn z. B. im Stadtverkehr ein Stillsetzen des Verbrennungsmotors angezeigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10111137 A1 [0004]

Claims

Kraftfahrzeugantriebseinrichtung mit einem mit flüssigem oder gasförmigem Treibstoff angetriebenen Verbrennungsmotor (10), insbesondere einem Kolbenmotor, und mit wenigstens einer Regeleinrichtung (40, 51; 60, 61), deren Regelausgang wahlweise mittels einer Getriebeeinrichtung (21, 22) auf wenigstens zwei Antriebsräder (17, 18; 57, 58) des Kraftfahrzeuges übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeeinrichtung (21, 22) zwei je ein Hohlrad (27, 28), je ein Sonnenrad (19, 20) und wenigstens je zwei dazwischen befindliche Planetenräder (23, 24, 25, 26) aufweisende Planetengetriebe umfaßt, die jeweils antriebsseitig beidseitig mit der Antriebswelle (11) des Verbrennungsmotors (10) und abtriebsseitig mit je einem Antriebsrad (17, 18) des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind, und daß die wenigstens eine Regeleinrichtung (40, 51; 60, 61) mit ihrem Regelausgang auf die Planetengetriebe (21, 22) einwirkt, so daß die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors entsprechend dem Regelausgang der Regeleinrichtung (40) auf die Antriebsräder (17, 18) übertragbar ist.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (19, 20) jedes Planetengetriebes (21,22) jeweils mit der Antriebswelle (11) gekoppelt ist und die Planetenräder (23 bis 25) jedes Planetengetriebes (21, 22) den Abtrieb bilden und mit den Antriebsrädern (17, 18) des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind, und daß die Regeleinrichtung auf die Hohlräder (27, 29) einwirkt.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (40) als Elektromotor oder Generator oder als hydraulischer Antrieb ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (40) mit den Hohlrädern (27, 29) ggfls. über ein zwischen den Hohlrädern (27, 28) befindliches Differentialgetriebe (42, 47) gekuppelt ist.
Antriebseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (40) als Generator einen Energiespeicher auflädt, mit dem bei Stillsetzung des Verbrennungsmotors (10) das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann, wobei die Regeleinrichtung dann als Elektromotor arbeitet
Antriebseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein mechanischer oder hydraulischer Energiespeicher ist, der einen mechanischen oder hydraulischen Energiewandler auflädt und selbst wahlweise das Kraftfahrzeug antreiben kann.
Antriebseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung so angesteuert ist, daß sie die Hohlräder entsprechend der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors bis auf eine minimale Drehzahl abbremst, die ausreicht, eine Lichtmaschine für die elektrische Versorgung des Kraftfahrzeuges anzutreiben.
Antriebseinrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder mit einem Generator gekuppelt sind, der einen Akkumulator auflädt, dessen Energie einen Elektromotor antreibt, der mit weiteren Antriebsrädern gekuppelt ist.