DE102009056230A1 - Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen - Google Patents

Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen Download PDF

Info

Publication number
DE102009056230A1
DE102009056230A1 DE200910056230 DE102009056230A DE102009056230A1 DE 102009056230 A1 DE102009056230 A1 DE 102009056230A1 DE 200910056230 DE200910056230 DE 200910056230 DE 102009056230 A DE102009056230 A DE 102009056230A DE 102009056230 A1 DE102009056230 A1 DE 102009056230A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electric machine
combustion engine
internal combustion
axial piston
drive unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200910056230
Other languages
English (en)
Inventor
Franz Forster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE200910056230 priority Critical patent/DE102009056230A1/de
Publication of DE102009056230A1 publication Critical patent/DE102009056230A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0005Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having two or more sets of cylinders or pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/02Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis with wobble-plate
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/26Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine (A), die eine Mehrzahl von auf einem Teilkreis angeordneten, gehäusefesten Zylindern (GZ) aufweist, in denen jeweils ein Kolben (K) längsbeweglich ist, der in Wirkverbindung mit einer rotierenden Hubscheibe (T) einer Rotorbaugruppe (R) steht, die eine zu den Zylindern (GZ) konzentrische Drehachse (D) aufweist. Um bei kompakten Abmessungen über einen erweiterten Einsatzbereich verfügen zu können, ist erfindungsgemäß die Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) mit einer ersten elektrischen Maschine (E1), die mit der Rotorbaugruppe (R) in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist, und zumindest einer weiteren elektrischen Maschine (E2) baulich vereinigt, wobei die erste elektrische Maschine (E1) und die weitere elektrische Maschine (E2) benachbart zueinander und koaxial zur Drehachse der Rotorbaugrupppe (R) an einem axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von auf einem Teilkreis angeordneten, gehäusefesten Zylindern aufweist, in denen jeweils ein Kolben längsbeweglich ist, der in Wirkverbindung mit einer rotierenden Hubscheibe einer Rotorbaugruppe steht, die eine zu den Zylindern konzentrische Drehachse aufweist.
  • Aus der US 4 174 684 ist eine gattungsgemäße Antriebseinheit mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der die Kolben der Axialkolbenbrennkraftmaschine mittels Pleuelstangen mit einer hin- und herschwenkenden Kippscheibe gelenkig gekoppelt sind, die über ein Wälzlager auf einer rotierenden Hubscheibe abgestützt ist. Die oszillierende Schwenkbewegung der Kippscheibe wird in eine Rotationsbewegung der Hubscheibe und einer damit verbundenen Rotorbaugruppe umgewandelt. Der Neigungswinkel der Kippscheibe und der rotierenden, wälzgelagerten Hubscheibe ist verstellbar, um das Verdichtungsverhältnis in der Axialkolbenbrennkraftmaschine zu verändern. Abtriebsseitig ist ein mechanisches Getriebe oder alternativ eine als Verstellpumpe ausgeführte hydrostatische Axialkolbenpumpe vorgesehen, die in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integriert ist und einen hydrostatischen Fahrmotor speist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei kompakten Abmessungen einen erweiterten Einsatzbereich aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Axialkolbenbrennkraftmaschine mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit der Rotorbaugruppe in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist, und zumindest einer weiteren elektrischen Maschine baulich vereinigt ist, wobei die erste elektrische Maschine und die weitere elektrische Maschine benachbart zueinander und koaxial zur Drehachse der Rotorbaugruppe an einem axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit bilden somit eine Axialkolbenbrennkraftmaschine und mindestens zwei elektrische Maschinen ein Aggregat, das durch die räumliche Anordnung der elektrischen Maschinen relativ zueinander und zur Axialkolbenbrennkraftmaschine in Kombination mit den möglichen Betriebsarten der elektrischen Maschinen (elektromotorisch bzw. generatorisch) vielfältige Einsatzmöglichkeiten erlaubt und daher insbesondere als Fahrzeugantrieb für Fahrzeuge mit unterschiedlichsten Antriebskonzepten geeignet ist.
  • So ist es möglich, die erste elektrische Maschine durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine anzutreiben und die dabei erzeugte elektrische Leistung in die zweite elektrische Maschine einzuspeisen, um diese als Elektromotor eines elektrischen Getriebes zu betreiben. Dabei kann das Übersetzungsverhältnis im elektrischen Getriebe stufenlos gesteuert werden. Ferner ist ohne mechanisches Wendegetriebe ein Reversieren eines mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ausgestatteten Fahrzeugs möglich, da durch entsprechende Ansteuerung der als Elektromotor betriebenen, zweiten elektrischen Maschine deren Drehrichtung umgekehrt werden kann.
  • Wird für die zweite elektrische Maschine nur wenig oder gar keine elektrische Leistung benötigt, dann kann zumindest ein Teil der von der ersten elektrischen Maschine erzeugten elektrischen Energie einem elektrischen Energiespeicher, z. B. Akkumulator, Kondensator etc., zugeführt werden, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden.
  • Ferner kann beim Bremsen eines mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ausgestatteten Fahrzeugs durch die in diesem Betriebszustand generatorisch betreibbare zweite elektrische Maschine Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt und im Energiespeicher gespeichert werden (Rekuperation). Bei der Rekuperation kann die Axialkolbenbrennkraftmaschine abgeschaltet werden, um Treibstoff zu sparen.
  • Die im Speicher vorhandene elektrische Energie ermöglicht einen Boosterbetrieb, bei dem elektrische Leistung von der ersten elektrischen Maschine, die durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine angetrieben wird, und parallel dazu vom Energiespeicher in die zweite elektrische Maschine eingespeist wird, um das mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ausgestattete Fahrzeug zu beschleunigen. Die Axialkolbenbrennkraftmaschine braucht daher nicht auf Leistungsspitzen ausgelegt zu sein und kann kleiner ausgeführt werden.
  • Die im elektrischen Energiespeicher vorhandene elektrische Energie kann auch dazu genutzt werden, um in bestimmten Betriebszuständen einen rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen. Hierbei wird die Axialkolbenbrennkraftmaschine stillgesetzt und die zweite elektrische Maschine aus dem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Im Rahmen der vorhandenen Speicherbefüllung des Energiespeichers ist somit zeitweise ein emissionsfreier Betrieb ohne Axialkolbenbrennkraftmaschine möglich.
  • Mit besonderem Vorteil ist zumindest die erste elektrische Maschine als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildet und mittels einer schaltbaren, in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integrierten Kupplung, insbesondere Federspeicher-Lamellenkupplung, in Antriebsverbindung mit der Rotorbaugruppe bringbar. Es ist daher kein separater Anlasser erforderlich und gegenüber einer Bauweise mit separatem Anlasser werden Platz und Bauteile (z. B. auch Zahnräder) gespart. Wenn die erfindungsgemäße Antriebseinheit außer Betrieb ist und die Axialkolbenbrennkraftmaschine gestartet werden soll, ist die in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integrierte Kupplung durch den Federspeicher geschlossen und die als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildete, erste elektrische Maschine kann durch Betrieb als Elektromotor die Axialkolbenbrennkraftmaschine auf Startdrehzahl beschleunigen. Im Anschluss daran, d. h. bei laufender Axialkolbenbrennkraftmaschine, wird die erste elektrische Maschine generatorisch betrieben, um die zweite elektrische Maschine und/oder den elektrischen Speicher zu speisen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite elektrische Maschine mittels einer zweiten schaltbaren Kupplung mit der ersten elektrischen Maschine in Antriebsverbindung bringbar. Wird bei geschlossener erster Kupplung auch die zweite Kupplung geschlossen, so ergibt sich ein Durchtrieb von der Rotorbaugruppe der Axialkolbenbrennkraftmaschine über die erste Kupplung, die erste elektrische Maschine und die zweite Kupplung bis zur zweiten elektrischen Maschine, an deren Ausgang dann die Leistung abgegriffen werden kann. Sofern dabei weder die erste noch die zweite elektrische Maschine bestromt werden, laufen beide elektrische Maschinen weitgehend verlustfrei mit und lediglich die Axialkolbenbrennkraftmaschine stellt Leistung zur Verfügung (mechanische Leistung). Ist ausreichend elektrische Energie im Energiespeicher vorhanden, so können beide elektrische Maschinen (oder auch nur eine) bestromt werden, wodurch am Ausgang der zweiten elektrischen Maschine die Summe aus mechanisch erzeugter und elektrisch erzeugter Leistung abgreifbar ist. Dadurch ergeben sich die oben bereits erwähnten Vorteile.
  • Darüber hinaus kann bei Vorhandensein einer dritten Kupplung, die der zweiten elektrischen Maschine nachgeschaltet ist, bei geöffneter dritter Kupplung und geschlossener erster und zweiter Kupplung die zweite elektrische Maschine die erste elektrische Maschine beim Anlassen der Axialkolbenbrennkraftmaschine unterstützen.
  • Besonders günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung gemäß der die Axialkolbenbrennkraftmaschine mit der ersten elektrischen Maschine, der zweiten elektrischen Maschine und einer dritten, koaxial zur Drehachse der Rotorbaugruppe angeordneten elektrischen Maschine baulich vereinigt ist, wobei die zweite und die dritte elektrische Maschine von der ersten elektrischen Maschine mit elektrischer, Energie versorgbar und unabhängig voneinander steuerbar betreibbar sind. Das auf diese Weise gebildete elektrische Getriebe weist somit einen Eingang auf (die erste elektrische Maschine) auf und zwei Ausgänge (die zweite und die dritte elektrische Maschine). Hierbei können die zweite und die dritte elektrische Maschine beispielsweise jeweils einem von zwei Antriebsräder einer Antriebsachse zugeordnet werden, die dann unabhängig voneinander steuerbar sind, um eine Differenzgeschwindigkeitslenkung zu erzielen oder um in Kombination mit einer konventionellen Lenkung das Fahrverhalten eines mit der Antriebseinheit ausgestatteten Fahrzeugs durch gezielte Drehmoment-/Drehzahlbeeinflussung der beiden den Antriebsrädern zugeordneten elektrischen Maschinen bei Kurvenfahrt zu verbessern.
  • Die dritte elektrische Maschine kann dabei an dem zur ersten und zur zweiten elektrischen Maschine entgegengesetzten axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine angeordnet sein.
  • Gleichwohl ist es auch möglich, dass die dritte elektrische Maschine zu der zweiten elektrischen Maschine benachbart ist, wobei eine zur Verbindung mit der Rotorbaugruppe der Axialkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Triebwelle der ersten elektrischen Maschine als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Triebwelle der zweiten elektrischen Maschine durch die Hohlwelle hindurchgeführt ist. Die erste, die zweite und die dritte elektrische Maschine sind somit räumlich zusammengefasst und befinden sich gemeinsam an einem der beiden axialen Enden der Axialkolbenbrennkraftmaschine, bevorzugt am zylinderkopfseitigen Ende.
  • Die weiter oben im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von nur zwei elektrischen Maschinen bereits beschriebenen Vorteile (z. B. Energierückgewinnung, Boosterbetrieb) werden auch bei Vorhandensein von drei elektrischen Maschinen erzielt, unabhängig von der räumlichen Anordnung der dritten elektrischen Maschine. Ferner kann bei räumlicher Zusammenfassung der dritten elektrischen Maschine mit der zweiten elektrischen Maschine eine Kupplung zwischen diesen Triebwerken angeordnet werden, die beispielsweise im Sinne einer Differentialsperre genutzt werden kann. Bei der Ausgestaltung mit räumlicher Zusammenfassung aller elektrischen Maschinen an einem der beiden axialen Enden der Axialkolbenbrennkraftmaschine bietet es sich ferner an, im Bereich der elektrischen Maschinen auch deren Leistungssteuerungen anzuordnen, um eine kompakte Bauweise zu erzielen.
  • Sofern in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine hydrostatische Pumpe, insbesondere verstellbare Axialkolbenpumpe, in die Axialkolbenbrennkraftmaschine integriert ist, die mit der ersten elektrischen Maschine gekoppelt ist und zusammen mit dieser mit der Rotorbaugruppe in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist, ergeben sich weitere Vorteile. Die Axialkolbenpumpe kann eine Arbeitshydraulik speisen und ist – wie, bereits im Zusammenhang mit dem Fahrantrieb beschrieben – mechanisch durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine und zusätzlich oder alternativ elektrisch antreibbar.
  • Bei Betriebszuständen mit niedrigem Leistungsbedarf der Arbeitshydraulik und damit der Axialkolbenpumpe kann die Axialkolbenbrennkraftmaschine nicht nur die Axialkolbenpumpe antreiben, sondern gleichzeitig die erste elektrische Maschine im Generatorbetrieb. Dadurch kann zugleich mit der Versorgung der Arbeitshydraulik der Energiespeicher gefüllt oder die zweite und ggf. die dritte elektrische Maschine elektromotorisch betrieben werden (elektrisches Getriebe), um ein mit der Antriebseinheit ausgestattetes Fahrzeug anzutreiben. Selbstverständlich ist auch ein Betriebszustand möglich, in dem die Axialkolbenbrennkraftmaschine ausschließlich zum Laden des elektrischen Energiespeichers eingesetzt wird, wobei die mit der ersten elektrischen Maschine in Antriebsverbindung stehende Axialkolbenpumpe zweckmäßigerweise auf Fördervolumen Null eingestellt wird.
  • Im Hinblick auf eine platzsparenden Bauweise ist es günstig, wenn eine kraftflussunterbrechungsfrei mit der Rotorbaugruppe verbundene, als Hohlwelle ausgebildete Steuerwelle mit einer Nockenscheibe einer Ventilsteuerung der Zylinder-Kolben-Baugruppen in Antriebsverbindung steht, wobei eine zur Steuerwelle koaxiale Triebwelle der ersten elektrischen Maschine durch die Steuerwelle hindurchgeführt und mit einer zur Triebwelle koaxialen Pumpenwelle der Pumpe gekoppelt ist.
  • In diesem Zusammenhang erweist sich eine Ausgestaltung als vorteilhaft, gemäß der die Pumpenwelle der Pumpe als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die eine Abtriebswelle der Antriebseinheit hindurchgeführt ist. Bei der Abtriebswelle kann es sich bei Vorhandensein von nur einer zusätzliche elektrischen Maschine (d. h. nur eine erste und eine zweite elektrische Maschine sind zueinander benachbart und mit der Axialkolbenbrennkraftmaschine zu einer gemeinsamen Baueinheit verbunden) um eine Triebwelle der zweiten elektrischen Maschine handeln, an deren beiden Enden Leistung abgreifbar ist. Eine derartige Antriebseinheit eignet sich beispielsweise als Zentralantrieb eines Radladers, wobei sich die Antriebseinheit zwischen zwei Antriebsachsen befindet und diese über die Triebwelle der zweiten elektrischen Maschine antreibt.
  • Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Abtriebswelle mit einem von zwei Ausgängen eines Differentialgetriebes gekoppelt ist, das eingangsseitig mit der zweiten Elektromaschine in Antriebsverbindung steht. Diese Anordnung eignet sich insbesondere als Achsantrieb, wobei die sich durch die Antriebseinheit hindurch erstreckende Abtriebswelle einem von zwei Rädern der Antriebsachse zugeordnet ist. Eine zweite Abtriebswelle, die mit einem zweiten Ausgang des Differentialgetriebes verbunden ist, treibt das zweite Rad der Antriebsachse.
  • Hinsichtlich einer hohen Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit bei geringen Abmessungen ist es zweckmäßig, wenn die Kolben der Axialkolbenbrennkraftmaschine jeweils einen die Hubscheibe hintergreifenden, in Eingriff mit dieser stehenden Brückenabschnitt und einen axial daran anschließenden, auf der Rückseite der Hubscheibe angeordneten Führungsabschnitt aufweisen, der in einer gehäusefesten Führungsaufnahme geführt ist, wobei die Kolben mit Brückenabschnitten und Führungsabschnitten und die jeweils zugehörigen Zylinder und Führungsaufnahmen eine Mehrzahl von Zylinder-Kolben-Baugruppen bilden.
  • Somit ist in der Axialkolbenbrennkraftmaschine mit denkbar einfachen Mitteln eine effiziente und kompakte Wirkverbindung zwischen den Kolben und der rotierenden Hubscheibe der Rotorbaugruppe hergestellt, wobei die aus der Kraftzerlegung der Kolbenkräfte an der Hubscheibe auftretenden Kolbenquerkräfte über die Führungsabschnitte der Kolben in die Führungsaufnahmen des Maschinengehäuses eingeleitet werden.
  • Die Zylinder-Kolben-Baugruppen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit umschließen mit Vorteil einen Zentralbereich der Axialkolbenbrennkraftmaschine, in dem die Pumpe zumindest teilweise angeordnet ist. Die Pumpe ist somit auf Platz sparende Weise und ohne zusätzlichen Raumbedarf in die Axialkolbenbrennkraftmaschine baulich integriert, nämlich in einem Zentralbereich, der radial nach außen von den Zylinder-Kolben-Baugruppen begrenzt wird und sich zumindest teilweise über deren Länge erstreckt. Die Axialkolbenpumpe befindet sich also axial vollständig oder zumindest weitgehend im Bereich der Längserstreckung der Zylinder-Kolben-Baugruppen und radial im Bereich der Drehachse der Axialkolbenbrennkraftmaschine innerhalb eines inneren Hüllkreises der Zylinder-Kolben-Baugruppen. Die Anordnung der einzelnen Bauelemente ermöglicht dabei trotz Integration der Axialkolbenpumpe in die Axialkolbenbrennkraftmaschine einen geringen Außendurchmesser.
  • Die Axialkolbenpumpe kann innerhalb eines inneren Hüllkreises der konzentrisch zur Drehachse angeordneten Führungsaufnahmen angeordnet sein, also axial in dem hinter der Hubscheibe befindlichen Abschnitt des Zentralbereichs, in dem die Führungsaufnahmen angeordnet sind und den Zentralbereich radial nach außen abgrenzen. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass die Axialkolbenpumpe innerhalb eines inneren Hüllkreises der Zylinder angeordnet ist. Dabei befindet sich die Axialkolbenpumpe in demjenigen Abschnitt des Zentralbereichs, der den Zylinder zugeordnet und von diesen radial nach außen begrenzt wird, also vor der Hubscheibe. Schließlich kann sich die Axialkolbenpumpe auch im Übergangsbereich axial zwischen den Zylinderm und den Führungsaufnahmen befinden, z. B. innerhalb der Rotorbaugruppe.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 einen Längsschnitt durch eine erste Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
  • 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Variante der Antriebseinheit,
  • 3 einen Längsschnitt durch eine dritte Variante der Antriebseinheit,
  • 4 einen Längsschnitt durch eine vierte Variante der Antriebseinheit und
  • 5 einen Längsschnitt durch eine fünfte Variante der Antriebseinheit.
  • Die erste Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß 1 weist eine Axialkolbenbrennkraftmaschine A mit einem ein- oder mehrteiligen Maschinengehäuse G auf, in dem sich mehrere, auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt über dessen Umfang angeordnete, gehäusefeste Zylinder GZ befinden. In jedem Zylinder GZ ist ein Kolben K längsbeweglich, der durch einen Verbrennungsvorgang in einem Brennraum GZB des Zylinders GZ axial in Richtung einer Hubscheibe T bewegbar ist. Die Kolben K können – wie in der Figur dargestellt – in Laufbuchsen gleiten, die in die Zylinder GZ eingebracht sind und auch als sogenannte „nasse” Laufbuchsen zum Kühlmitteldurchfluss ausgebildet sein können.
  • Durch eine noch zu beschreibende Wirkverbindung zwischen den Kolben K und der Hubscheibe T wird letztere in Drehung versetzt und treibt eine Rotorbaugruppe R an, die um eine zu den Zylindern GZ konzentrische Drehachse D rotiert.
  • Die Kolben K der Zylinder-Kolben-Baugruppen weisen jeweils einen die Hubscheibe T hintergreifenden Brückenabschnitt KB auf, an den auf der Rückseite der Hubscheibe T (also auf der den Zylindern GZ abgewandten Seite der Hubscheibe T, d. h. in der Figur unten) ein Führungsabschnitt KF anschließt, der in eine gehäusefeste Führungsaufnahme GF eingreift, die – wie in der Figur dargestellt – mit einer Laufbuchse ausgestattet sein kann. Jeder Kolben K bildet zusammen mit seinem Brückenabschnitt KB und Führungsabschnitt KF sowie dem zugeordneten Zylinder GZ und der Führungsaufnahme GF eine Zylinder-Kolben-Baugruppe. Alle Zylinder-Kolben-Baugruppen zusammen umschließen einen sich über die Länge der Zylinder-Kolben-Baugruppen erstreckenden Zentralbereich AZ der Axialkolbenbrennkraftmaschine A und begrenzen ihn somit radial nach außen. Dabei ist der Zentralbereich AZ hinter der Hubscheibe T durch einen inneren Hüllkreis der Führungsaufnahmen GF begrenzt und vor der Hubscheibe T durch einen inneren Hüllkreis der Zylinder GZ. Mit dem Begriff „innerer Hüllkreis” ist im vorliegenden Fall ein Kreis gemeint, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse D liegt und der einen kleineren Durchmesser hat als ein Kreis, dessen Umfangslinie die Führungsaufnahmen GF bzw. Zylinder GZ jeweils innen tangential berührt.
  • Sowohl der Führungsabschnitt KF als auch die Führungsaufnahme GF sind koaxial zur Kolbenmittelachse KMA angeordnet und jeweils mit einem kreiszylindrischen Querschnitt versehen. In jedem Brückenabschnitt KB ist auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Hubscheibe T jeweils ein kugelsegmentförmiger, hydrostatisch entlasteter Gleitkörper KG zwischen dem Kolben K und der Hubscheibe T angeordnet. Somit stehen die Kolben K mit der Hubscheibe T in Gleiteingriff. Dabei erzeugen Linearbewegungen der Kolben K aufgrund der geometrischen Verhältnisse bei der Zerlegung der axial gerichteten Kolbenkräfte Drehmomente, die eine Drehbewegung der Hubscheibe T und damit der Rotorbaugruppe R um die Drehachse D bewirken.
  • Um zu verhindern, dass sich die Kolben K jeweils um ihre Kolbenmittelachse KMA drehen (Vermeidung einer Eigenrotation der Kolben K), weist jeder Brückenabschnitt KB einen als Kulissenstein KST ausgebildeten Radialfortsatz auf, der in eine gehäusefeste Kulisse GK einer Kolbenverdrehsicherung eingreift.
  • Zur hydrostatischen Entlastung und Schmierung sind die Gleitkörper KG in Gleitkörperaufnahmen des Kolbens K gelagert, in denen kolbenseitige Schmiermittelkanäle KS münden, die mit einem im Bereich des Führungsabschnittes KF angeordneten Schmiermittelversorgungsanschluss S verbunden sind. Ferner sind die Gleitkörper KG mit einer auf der Hubscheibenoberfläche mündenden Schmiermittelbohrung SB versehen. Der auf der Rückseite der Hubscheibe T angeordnete Gleitkörper KG jedes Kolbens K weist eine Drucktasche auf, in der eine druckbeaufschlagte Ausgleichsscheibe KGS dafür sorgt, dass zum Ausgleich von Verschleiss stets funktionssichere Eingriffsverhältnisse zwischen Kolben K, Gleitkörpern KG und Hubscheibe T vorliegen.
  • Der Schmiermittelversorgungsanschluss S weist eine Axialbohrung SA im Führungsabschnitt KF und ein gehäusefestes Schmiermittelrohr SR auf, das an beiden Enden gelenkig gelagert ist und in die Axialbohrung SA eintaucht. Diese Posaunenrohr-Anordnung hat den Vorteil, dass jeweils der Raum vor der Stirnseite des Führungsabschnitts KF des Kolbens K ölfrei bleiben kann. Diese Räume sind miteinander verbunden (beispielsweise durch eine in der Figur nicht dargestellten Ringkanal), so dass trotz oszillierender Kolbenbewegungen dort keine Luft komprimiert wird.
  • Die Rotorbaugruppe R ist kraftflussunterbrechungsfrei mit einer als Hohlwelle ausgebildeten Steuerwelle WS verbunden, die zu einem das Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A axial abschließenden Zylinderkopf GH führt und dort unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes U mit einer tellerförmigen Nockenscheibe N einer Ventilsteuerung V der Axialkolbenbrennkraftmaschine A in Antriebsverbindung steht.
  • Die Ventile werden durch Nocken betätigt, die an der Unterseite der von der Steuerwelle WS und dem Untersetzungsgetriebe U in Drehung versetzten Nockenscheibe N angeformt sind. Hierbei bewirkt das Untersetzungsgetriebe U eine Drehzahluntersetzung von 2:1, wodurch ein Betrieb der Axialkolbenbrennkraftmaschine A nach dem Viertakt-Verbrennungsverfahren (Ottomotor oder Dieselmotor) ermöglicht wird.
  • Am Außenumfang der Nockenscheibe N ist eine Verzahnung NZ angebracht, die in Zusammenwirkung mit einem induktiven Drehzahlaufnehmer I (strichpunktiert dargestellt) ein Drehzahlsignal für eine Motorsteuerung liefert. Ferner ist es möglich, durch die Nockenscheibe N mittels radial außen angeordneter Nocken (nicht dargestellt) eine oder mehrere Einspritzpumpen anzutreiben (z. B. Pumpe-Düse-System).
  • Am axialen Außenende des Zylinderkopfs GH ist eine erste elektrische Maschine E1 angeordnet, die eine zur hohlen Steuerwelle WS konzentrische und durch diese in das Maschinengehäuse G der Axialkolbenbrennkraftmaschine A hineingeführte Triebwelle WT1 aufweist. Das innerhalb des Maschinengehäuses G angeordnete Ende der Triebwelle WT ist mit einer drehmomentübertragenden Wellenmuffe WM versehen.
  • Die erste elektrische Maschine E1 ist als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildet und vereinigt somit in einer einzigen Baueinheit die Funktionen Schwungrad der Axialkolbenbrennkraftmaschine A, Generator und Elektromotor, der auch als Anlassvorrichtung für die Axialkolbenbrennkraftmaschine A genutzt wird.
  • An einem einstückig mit der Hubscheibe T ausgebildeten, zylinderförmigen Rotorkörper RK der Rotorbaugruppe R ist ein Kupplungskäfig einer ersten Kupplung C1 angeformt oder befestigt und bildet und zusammen mit diesem den Hauptbestandteil der Rotorbaugruppe R. Der Rotorkörper RK ist im Maschinengehäuse G drehbar gelagert, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels zweier Kegelrollenlager. In dem Kupplungskäfig befinden sich mittels Federkraft in Schließstellung beaufschlagte, hydraulisch ausrückbare Lamellen CL1, die wechselweise mit dem Kupplungskäfig (also mit dem Rotorkörper RK) und mit der Wellenmufffe WM drehstarr verbunden sind.
  • Die Wellenmuffe WM verbindet die Triebwelle WT1 der ersten elektrischen Maschine E1 mit einer Pumpenwelle WP einer als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgeführten Pumpe P, die im Zentralbereich AZ der Axialkolbenbrennkraftmaschine A angeordnet ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel hinter der Hubscheibe T. Die Pumpenwelle WP schliesst somit axial an die Triebwelle WT1 an und fluchtet zu dieser, ist also koaxial zu dieser und somit auch koaxial zur Drehachse D angeordnet. Je nachdem, ob sich die erste Kupplung C1 in Schließ- oder Öffnungsstellung befindet, sind über die Kupplungsmufffe WM sowohl die Triebwelle WT1 als auch die Pumpenwelle WP drehsynchron mit der Rotorbaugruppe R verbunden oder von dieser getrennt. Es versteht sich, dass anstelle der beschriebenen (Lamellen-)Kupplung C1 prinzipiell auch andere kraft- und/oder formschlüssig wirksame Kupplungstypen zum Einsatz kommen können. Ferner ist es auch möglich, die Kupplung C1 nicht hydraulisch, sondern elektromagnetisch auszurücken.
  • Die Pumpe P dient der Versorgung von Verbrauchern einer Arbeitshydraulik und ist daher bevorzugt im offenen hydraulischen Kreis angeordnet.
  • Der wälzgelagerte Rotorkörper RK ist in axialer Richtung zusätzlich an einem hydrostatischen Gleitlager L abgestützt, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Pumpe P gespeist wird. Die Axialkolbenpumpe P ist so ausgerichtet, dass eine Schrägscheibenaufnahme PS dem Rotorkörper RK benachbart ist. Zur Versorgung des Gleitlagers L mit Drucköl sind Verbindungsbohrungen in der Schrägscheibenaufnahme PS angeordnet, die an ohnehin vorhandene Bohrungen einer hydrostatischen Schrägscheibenentlastung angeschlossen sind. Die Druckölversorgung des Gleitlagers L erfolgt also über die Lagerung der Schrägscheibe der Pumpe P und somit auf kurzem Wege.
  • Darüber hinaus ist die Schrägscheibenaufnahme PS nicht gehäusefest sondern axial beweglich, jedoch verdrehgesichert und liegt federbelastet gegen den Rotorkörper RK an. Durch diese Bauweise werden die axialen Kolbenkräfte der Arbeitskolben der Pumpe P, die über die Schrägscheibe an der Schrägscheibenaufnahme PS abgestützt sind, auf den Rotorkörper RK übertragen und wirken dort den axialen Kolbenkräften der Kolben K der Axialkolbenbrennkraftmaschine A entgegen. Die axiale Belastung der Wälzlagerung des Rotorkörpers R wird somit verringert.
  • Die weiter bereits oben erwähnte, im Bereich der Wirkverbindung zwischen den Kolben K und der Hubscheibe T vorhandene hydrostatische Entlastung der Gleitkörper KG erfolgt bevorzugt ebenfalls mit Druckmittel aus der Axialkolbenpumpe P.
  • Für die Schmierung von Gleit- und Laufpartnern der Axialkolbenbrennkaftmaschine A durch gezieltes Sprühöl und für die Betätigung der schaltbaren ersten Kupplung C1 (Öffnen der Kupplung C1) ist eine als Zahnrad- oder Zahnringpumpe ausgebildete hydraulische Hilfspumpe PZ vorgesehen, die auch für die Ölabsaugung aus dem Maschinengehäuse G eingesetzt werden kann. Auch die Hilfspumpe PZ kann zur Versorgung des hydrostatischen Gleitlagers L (und der hydrostatischen Entlastung der Gleitkörper KG) genutzt werden. Somit steht auch dann hydrostatischer Entlastungsdruck zur Verfügung, wenn die Pumpe P auf Fördervolumen Null eingestellt ist und daher kein Drucköl fördert.
  • Die Hilfspumpe PZ ist im Bereich eines Versorgungskanäle aufweisenden Abschlussdeckels GA der Pumpe P angeordnet und wird von der Pumpenwelle WP angetrieben. Die Pumpenwelle WP kann – wie in 1 dargestellt – durch den Abschlussdeckel GA hindurchgeführt und mit einer Drehmomentabgriffsmöglichkeit versehen sein, um weitere Komponenten antreiben zu können (nicht dargestellt).
  • Axial unmittelbar benachbart zu der als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildeten ersten elektrischen Maschine E1 ist eine zweite elektrische Maschine E2 angeordnet und mit dieser und der Axialkolbenbrennkraftmaschine A baulich vereinigt. Die zweite elektrische Maschine E2 kann dabei – wie dargestellt – zusammen mit der ersten elektrischen Maschine E1 in einem gemeinsamen. Gehäuse GE angeordnet sein. Die beiden zur Drehachse D der Rotorbaugruppe R koaxialen elektrischen Maschinen E1 und E2 können durch eine zweite schaltbare Kupplung C2, insbesondere eine hydraulisch in Schließrichtung beaufschlagbare, mit Lamellen CL2 versehene Kupplung, miteinander gekoppelt oder voneinander getrennt werden. Die elektrischen Maschinen E1, E2 sind somit – bezogen auf die Erstreckung der Axialkolbenbrennkraftmaschine A längs der Drehachse D der Rotorbaugruppe R – an einem der beiden axialen Enden der Axialkolbenbrennkraftmaschine A angeordnet, bevorzugt am zylinderkopfseitigen Ende und ermöglichen in Verbindung mit den verschiedenen Schaltstellungen der beiden Kupplungen C1 und C2 und dem wählbaren elektrischen Betriebszustand (Generator/Motor) unterschiedliche Einsatzfälle der Antriebseinheit:
  • Start- und Ladebetrieb:
  • Zu Beginn kann durch die mittels Federkraft geschlossene erste Kupplung C1 (die zweite Kupplung C2 ist geöffnet) die erste elektrische Maschine E1 in der Betriebsart als Startmotor die Axialkolbenbrennkraftmaschine A anlassen und danach in den Generatorbetrieb übergehen, um die dabei erzeugte elektrische Energie einem elektrischen Energiespeicher, z. B. Akkumulator, Kondensator etc., zuzuführen zwecks Verwendung zu einem späteren Zeitpunkt.
  • Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sich bei Vorhandensein einer dritten Kupplung (nicht dargestellt), die der zweiten elektrischen Maschine E2 nachgeschaltet ist, die Möglichkeit ergibt, diese beim Anlassen der Axialkolbenbrennkraftmaschine A zu öffnen und die zwischen der ersten elektrischen Maschine E1 und der zweiten elektrischen Maschine E2 angeordnete zweite Kupplung C2 zu schließen, um dann beide elektrische Maschinen E1 und E2 als Startmotoren benutzen zu können. Dies kann beispielsweise bei tiefen Außentemperaturen von Vorteil sein, bei denen das Öl in der Antriebseinheit relativ zähflüssig und das Durchdrehen der Rotorbaugruppe R der Axialkolbenbrennkraftmaschine A dementsprechend widerstandsbehaftet ist.
  • Verbrennungsmotorisch-elektrischer Normalbetrieb:
  • Die von der ersten elektrischen Maschine E1 erzeugte elektrische Leistung kann alternativ oder zusätzlich zur Speisung des elektrischen Energiespeichers in die zweite elektrische Maschine E2 eingespeist werden, um diese als Elektromotor eines elektrischen Getriebes zu betreiben und dadurch z. B. eine mit der zweiten elektrischen Maschine E2 verbundene Gelenkwelle (nicht dargestellt) eines Fahrantriebs anzutreiben, die mit einer Differentialachse eines Fahrzeugs in Antriebsverbindung steht. Dabei kann das Übersetzungsverhältnis im elektrischen Getriebe stufenlos gesteuert werden, um eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit zu erzielen. In diesem Betriebszustand wird also Leistung an einen Fahrantrieb abgegeben.
  • Durch die laufende Axialkolbenbrennkraftmaschine A wird bei geschlossener erster Kupplung C1 nicht nur die erste elektrische Maschine E1 angetrieben sondern auch die als Axialkolbenpumpe ausgeführte Pumpe P. In diesem Betriebszustand kann somit auch die Arbeitshydraulik durch Ausschwenken der Pumpe P (und ggf. Ansteuerung bestimmter Wegeventile) betätigt werden. Gleichzeitig kann – ausreichendes Leistungsvermögen der Axialkolbenbrennkraftmaschine A vorausgesetzt – nach wie vor auch der Fahrantrieb durch die motorisch betriebene zweite elektrische Maschine E2 mit Antriebsleistung versorgt werden.
  • Im verbrennungsmotorisch-elektrischen Betriebszustand kann der Fahrantrieb auch reversiert werden, indem durch entsprechende Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine E2 deren Drehrichtung umgekehrt wird. Ferner ist es beim Abbremsen des Fahrantriebs möglich, die zweite elektrische Maschine E2 generatorisch zu betreiben, um Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln und im Energiespeicher zu speichern (Rekuperation). Grundsätzlich gilt das auch für die Arbeitshydraulik.
  • Elektrischer Betrieb:
  • Die im elektrischen Energiespeicher vorhandene elektrische Energie kann dazu genutzt werden, um einen rein elektrischen Betrieb der Antriebseinheit zu erlauben. Hierbei wird im einfachsten Fall die Axialkolbenbrennkraftmaschine A bei geschlossener erster Kupplung C1 stillgesetzt und lediglich die zweite elektrische Maschine E2 aus dem elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Im Rahmen der vorhandenen Speicherbefüllung des Energiespeichers ist somit zeitweise ein emissionsfreier Betrieb des Fahrantriebs eines Fahrzeugs möglich, d. h. ohne Axialkolbenbrennkraftmaschine A.
  • Im Rahmen der vorhandenen Speicherkapazität des elektrischen Energiespeichers und dessen Füllungsgrades ist bei geöffneter erster Kupplung C1 auch ein alleiniger Antrieb der Axialkolbenpumpe P und damit der Arbeitshydraulik durch die elektrische Maschine E1 möglich (emissionsfreier Betrieb).
  • Ferner ist auch ein gemischter elektrischer Betrieb erzielbar. Hierbei ist die Axialkolbenbrennkraftmaschine A bei geöffneter erster Kupplung C1 stillgesetzt, während bei gleichzeitig geöffneter zweiter Kupplung C2 die aus dem Energiespeicher gespeiste erste elektrische Maschine E1 bedarfsabhängig die Pumpe P der Arbeitshydraulik antreibt und zugleich die ebenfalls aus dem Energiespeicher gespeiste zweite elektrische Maschine E2 bedarfsabhängig den Fahrantrieb mit Leistung versorgt.
  • Ist die erste Kupplung C1 geöffnet und die zweite Kupplung C2 geschlossen, dann kann die Axialkolbenbrennkraftmaschine A abgeschaltet werden und es ist ein rein elektrischer Betrieb mit maximaler elektrischer Leistung möglich, da beide elektrische Maschinen E1, E2 zusammengeschaltet sind. Hierbei kann bei in Nulllstellung befindlicher Pumpe P die Leistung vollständig in den Fahrantrieb fließen oder bei geöffneter dritter Kupplung (die der zweiten elektrischen Maschine E2 nachgeschaltet ist) die Leistung vollständig in die Arbeitshydraulik fließen. Bei geschlossener dritter Kupplung ist eine Leistungsverzweigung zwischen Arbeitshydraulik und Fahrantrieb erzielbar.
  • Verbrennungsmotorischer Betrieb:
  • Bei geschlossener erster Kupplung C1 und geschlossener zweiter Kupplung C2 ergibt sich ein Durchtrieb von der Rotorbaugruppe R der Axialkolbenbrennkraftmaschine A über die erste Kupplung C1, die erste elektrische Maschine E1 und die zweite Kupplung C2 bis zur zweiten elektrischen Maschine E2, an deren Ausgang dann die Leistung abgegriffen werden kann. Sofern dabei weder die erste noch die zweite elektrische Maschine E1 bzw. E2 (elektrisch erregt bzw. bestromt werden, laufen beide elektrische Maschinen E1, E2 weitgehend verlustfrei mit und lediglich die Axialkolbenbrennkraftmaschine A stellt Leistung zur Verfügung (mechanische Leistung).
  • Verbrennungsmotorisch-elektrischer Boosterbetrieb:
  • Ist ausreichend elektrische Energie im Energiespeicher vorhanden, so kann ein Boosterbetrieb erzielt werden, bei dem elektrische Leistung von der durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine A angetriebenen ersten elektrischen Maschine E1 (Kupplung C1 ist geschlossen, Kupplung C2 geöffnet) und parallel dazu vom Energiespeicher in die zweite elektrische Maschine E2 eingespeist wird, um das mit der Antriebseinheit ausgestattete Fahrzeug zu beschleunigen.
  • Am Ausgang der zweiten elektrischen Maschine E2 steht somit Leistung zur Verfügung, die sich aus elektrischer Leistung des Energiespeichers und mechanisch erzeugter, elektrischer Leistung der ersten elektrischen Maschine E1 zusammensetzt.
  • Für das Erzielen einer Maximalleistung im Boosterbetrieb werden beide Kupplungen C1, C2 geschlossen und in beide elektrische Maschinen E1, E2 Strom aus dem Energiespeicher eingespeist (vorausgesetzt ist dabei eine genügend große Kapazität des Energiespeichers und ein ausreichender Füllungsgrad). In diesem Fall steht am Ausgang der zweiten elektrischen Maschine E2 die Summe aus mechanischer und elektrischer Leistung zur Verfügung.
  • Durch die Möglichkeit des Boosterbetriebs braucht die Axialkolbenbrennkraftmaschine A nicht auf Leistungsspitzen ausgelegt zu sein und kann kleiner ausgeführt werden.
  • Analog zu einem an die zweite elektrische Maschine E2 angeschlossenen Fahrantrieb kann auch die Pumpe P parallel durch die Axialkolbenbrennkraftmaschine A und die erste elektrische Maschine E1 angetrieben werden. Die elektrische Maschine E1 kann dabei als Booster eingesetzt werden. Bei Vorhandensein einer dritten Kupplung, die der zweiten elektrischen Maschine E2 nachgeschaltet ist, kann diese geöffnet und die zweite Kupplung C2 geschlossen werden, so dass beide elektrische Maschinen E1, E2 parallel zur Axialkolbenbrennkraftmaschine A die Pumpe P antreiben können.
  • Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit ist die zweite elektrische Maschine E2 mit einer sich durch die Antriebseinheit vollständig hindurch erstreckenden Abtriebswelle WA verbunden. Die Abtriebswelle WA ist zentrisch innerhalb der jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Triebwelle WT1 der ersten elektrischen Maschine E1 und der Pumpenwelle WP der Pumpe P angeordnet und an beiden Enden mit Kraftangriffseinrichtungen versehen (bevorzugt Keilverzahnung). Die Antriebseinheit ist beispielsweise als Zentralantrieb geeignet, der zwischen zwei Antriebsachsen (Differentialachsen) einer Arbeitsmaschine angeordnet ist, beispielsweise einem Radlader.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch ein mit der elektrischen Maschine E2 verbundenes Differentialgetriebe DG, das – wie dargestellt – als Kegelrad-Differentialgetriebe ausgebildet und in einen Läufer der zweiten elektrischen Maschine E2 integriert sein kann. Selbstverständlich sind aber auch andere Bauarten von Differentialgetrieben möglich (z. B. Planetenraddifferentialgetriebe) sowie eine Bauweise mit separaten Komponenten, bei denen das Differentialgetriebe nicht in die zweite elektrische Maschine E2 integriert sondern angeflanscht ist. Eine von zwei Abtriebswellen WA1, WA2 des Differentialgetriebes DG erstreckt sich durch die Antriebseinheit axial hindurch und ist mit einem von zwei Ausgängen des Differentialgetriebes DG gekoppelt, das eingangsseitig mit dem Läufer der zweiten Elektromaschine E2 in Antriebsverbindung steht, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Differentialkorb DGK des Differentialgetriebes DG als Läufer der zweiten elektrischen Maschine E2 ausgebildet ist. Die zweite Ausgangswelle WA2 ist mit dem zweiten Ausgang des Diffferentialgetriebes DG verbunden.
  • Bei den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist jeweils eine dritte, koaxial zur Drehachse D der Rotorbaugruppe R angeordnete elektrische Maschine E3 vorgesehen, die baulich mit den beiden anderen elektrischen Maschinen E1, E2 und der Axialkolbenbrennkraftmaschine A zusammengefasst ist. Die dritte elektrische Maschine E3 ist parallel zu der zweiten elektrischen Maschine E2 durch die erste elektrische Maschine E1 und/oder den elektrischen Energiespeicher mit elektrischer Leistung im Sinne eines elektrischen Getriebes versorgbar ist (die Möglichkeit zum Reversieren und zur Rekuperation ist ebenfalls vorhanden). Das von den elektrischen Maschinen E1, E2, E3 gebildete elektrische Getriebe weist somit einen Eingang auf, nämlich die erste elektrische Maschine E1, und zwei Ausgänge, die von der zweiten und der dritten elektrische Maschine E2 bzw. E3 gebildet werden. Die zweite und die dritte elektrische Maschine E2, E3 sind unabhängig voneinander steuerbar.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die dritte elektrische Maschine E3 an dem zur ersten und zur zweiten elektrischen Maschine E1 bzw. E2 entgegengesetzten axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine A angeordnet. Der Grundaufbau der Antriebseinheit entspricht dabei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch keine Kupplung zwischen der ersten elektrischen Maschine E1 und der zweiten elektrischen Maschine E2 vorgesehen ist. Sowohl die zweite elektrische Maschine E2 als auch die dritte elektrische Maschine E3 ist jeweils mit einer der Figur nicht gezeigten Abtriebswelle verbunden.
  • In einer Anwendung, bei der die Antriebseinheit als Achsantrieb vorgesehen ist und der zweiten und der dritten elektrischen Maschine E2, E3 jeweils eines von zwei Antriebsrädern zugeordnet ist, kann durch die voneinander unabhängige Drehmoment- bzw. Drehzahlsteuerung der beiden elektrischen Maschinen E2, E3 eine Differenzgeschwindigkeitslenkung erzielt werden oder es ist möglich, in Kombination mit einer konventionellen Lenkung durch gezielte Steuerung der Raddrehzahlen bzw. Raddrehmomente das Fahrverhalten eines mit der Antriebseinheit ausgestatteten Fahrzeugs bei Kurvenfahrt zu verbessern. Bei mittiger Anordnung der Antriebseinheit in einer Antriebsachse ergeben sich gleiche Längen der Abtriebswellen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die dritte elektrische Maschine E3 benachbart zur zweiten elektrischen Maschine E2 angeordnet und somit räumlich mit der ersten und der zweiten elektrischen Maschine E1, E2 zusammengefasst. Die dritte elektrische Maschine E3 kann sich dabei – wie dargestellt – zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine E2 in einem gemeinsamen Gehäuse GE2 befinden, das an ein Gehäuse GE1 der ersten elektrischen Maschine E1 anschließt.
  • Von der zweiten elektrischen Maschine E2 aus ist – analog zur Ausführungsvariante gemäß 3 – eine Abtriebswelle WA1 durch die hohl ausgeführte Triebwelle WT1 der ersten elektrischen Maschine E1 und die hohle Pumpenwelle WP der Pumpe P und somit durch die Antriebseinheit hindurchgeführt und treibt beispielsweise eine von zwei Antriebsachsen einer Arbeitsmaschine mit Allradantrieb. Mit der dritten elektrischen Maschine E3 ist ebenfalls eine Abtriebswelle verbunden (nicht dargestellt), die an die zweite Antriebsachse angeschlossen ist.
  • Durch die zur zweiten elektrischen Maschine E2 benachbarte Anordnung der dritten elektrischen Maschine E3 kann zwischen diesen beiden Triebwerken eine Kupplung angeordnet werden (nicht dargestellt), die als Differentialsperre genutzt werden kann. Sofern zusätzlich zwischen der ersten elektrischen Maschine E1 und der zweiten elektrischen Maschine E2 eine Kupplung vorgesehen ist (nicht dargestellt), kann ein mechanischer Durchtrieb von der Axialkolbenbrennkraftmaschine A über die erste Kupplung C1 und die erste elektrische Maschine E1 zur zweiten und zur dritten elektrischen Maschine E2, E3 erzielt werden. Wird die Antriebseinheit, wie oben bereits erwähnt, als Zentralantrieb eingesetzt, der sich zwischen zwei Antriebsachsen einer allradgetriebenen Arbeitsmaschine befindet, dann ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn zumindest der mit der zweiten elektrischen Maschine E2 verbundenen Abtriebswelle WA2 eine Kupplung nachgeschaltet ist. Dadurch kann die gesamte Antriebsleistung nach dem Öffnen dieser Kupplung und dem Schließen der anderen Kupplungen derjenigen Antriebsachse zugeführt werden, die mit der Abtriebswelle der dritten elektrischen Maschine E3 verbunden ist.
  • Bei einer räumlichen Zusammenfassung aller elektrischen Maschinen E1, E2 und E3 an einem der beiden axialen Enden der Axialkolbenbrennkraftmaschine A ist im Bereich der elektrischen Maschinen E1, E2 und E3 auch deren Leistungssteuerung EL vollständig angeordnet (strichpunktiert dargestellt).
  • Liste der verwendeten Bezugszeichen:
    • A
      Axialkolbenbrennkraftmaschine
      AZ
      Zentralbereich der Axialkolbenbrennkraftmaschine
      C1
      erste Kupplung
      C2
      zweite Kuppelung
      CL1
      Lamellen der ersten Kupplung C1
      CL2
      Lamellen der zweiten Kupplung C2
      D
      Drehachse
      DG
      Differentialgetriebe
      DGK
      Differentialkorb
      E1
      erste elektrische Maschine
      E2
      zweite elektrische Maschine
      E3
      dritte elektrische Maschine
      EL
      Leistungssteuerung
      G
      Maschinengehäuse
      GA
      Abschlussdeckel
      GE
      Gehäuse der elektrischen Maschinen E1, E2
      GE1
      Gehäuse der elektrische Maschine E1
      GE2
      Gehäuse der elektrischen Maschinen E2, E3
      GF
      Führungsaufnahme
      GH
      Zylinderkopf
      GK
      Kulisse
      GZ
      Zylinder
      GZB
      Brennraum
      I
      induktiver Drehzahlaufnehmer
      K
      Kolben
      KB
      Brückenabschnitt
      KF
      Führungsabschnitt
      KG
      Gleitkörper
      KGS
      Ausgleichsscheibe
      KMA
      Kolbenmittelachse
      KS
      Schmiermittelkanäle
      KST
      Kulissenstein
      L
      hydrostatisches Gleitlager
      N
      Nockenscheibe
      NZ
      Verzahnung NZ
      P
      Axialkolbenpumpe
      PS
      Schrägscheibenaufnahme der Axialkolbenpumpe P
      PZ
      Hilfspumpe
      R
      Rotorbaugruppe
      RK
      Rotorkörper
      S
      Schmiermittelversorgungsanschluss
      SA
      Axialbohrung
      SB
      Schmiermittelbohrung
      SR
      Schmiermitttelrohr
      T
      Hubscheibe
      U
      Untersetzungsgetriebe
      V
      Ventilsteuerung
      WA
      Abtriebswelle
      WA1
      erste Abtriebswelle des Differentialgetriebes DG
      WA2
      zweite Abtriebswelle des Differentialgetriebes DG
      WM
      Wellenmuffe der Triebwelle WT
      WP
      Pumpenwelle der Axialkolbenpumpe P
      WS
      Steuerwelle der Axialkolbenbrennkraftmaschine A
      WT1
      Triebwelle der elektrischen Maschine E1
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4174684 [0002]

Claims (10)

  1. Antriebseinheit mit einer Axialkolbenbrennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von auf einem Teilkreis angeordneten, gehäusefesten Zylindern aufweist, in denen jeweils ein Kolben längsbeweglich ist, der in Wirkverbindung mit einer rotierenden Hubscheibe einer Rotorbaugruppe steht, die eine zu den Zylindern konzentrische Drehachse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) mit einer ersten elektrischen Maschine (E1), die mit der Rotorbaugruppe (R) in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist, und zumindest einer weiteren elektrischen Maschine (E2) baulich vereinigt ist, wobei die erste elektrische Maschine (E1) und die weitere elektrische Maschine (E2) benachbart zueinander und koaxial zur Drehachse (D) der Rotorbaugruppe (R) an einem axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) angeordnet sind.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (E1) als Schwungrad-Starter-Generator ausgebildet und mittels einer schaltbaren, in die Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) integrierten Kupplung (C1), insbesondere Federspeicher-Lamellenkupplung, in Antriebsverbindung mit der Rotorbaugruppe (R) bringbar ist.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (E2) mittels einer zweiten schaltbaren Kupplung (C2) mit der ersten elektrischen Maschine (E1) in Antriebsverbindung bringbar ist.
  4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) mit der ersten elektrischen Maschine (E1), der zweiten elektrischen Maschine (E2) und einer dritten, koaxial zur Drehachse (D) der Rotorbaugruppe (R) angeordneten elektrischen Maschine (E3) baulich vereinigt ist, wobei die zweite und die dritte elektrische Maschine (E2, E3) von der ersten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie versorgbar und unabhängig voneinander steuerbar sind.
  5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte elektrische Maschine (E3) an dem zur ersten und zur zweiten elektrischen Maschine (E1; E2) entgegengesetzten axialen Ende der Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) angeordnet ist.
  6. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte elektrische Maschine (E3) zu der zweiten elektrischen Maschine (E2) benachbart ist, wobei eine zur Verbindung mit der Rotorbaugruppe (R) der Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) vorgesehene die Triebwelle (WT1) der ersten elektrischen Maschine (E1) als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Triebwelle (WT2) der zweiten elektrischen Maschine (E2) durch die Hohlwelle hindurchgeführt ist.
  7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine hydrostatische Pumpe, insbesondere verstellbare Axialkolbenpumpe (P), in die Axialkolbenbrennkraftmaschine (A) integriert ist, die mit der ersten elektrischen Maschine (E1) gekoppelt ist und zusammen mit dieser mit der Rotorbaugruppe (R) in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist.
  8. Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine kraftflussunterbrechungsfrei mit der Rotorbaugruppe (R) verbundene, als Hohlwelle ausgebildete Steuerwelle (WS) mit einer Nockenscheibe (N) einer Ventilsteuerung (V) der Zylinder-Kolben-Baugruppen in Antriebsverbindung steht, wobei eine zur Steuerwelle (WS) koaxiale Triebwelle (WT1) der ersten elektrischen Maschine (E1) durch die Steuerwelle (WS) hindurchgeführt und mit einer zur Triebwelle (WT1) koaxialen Pumpenwelle (WP1) der Pumpe (P) gekoppelt ist.
  9. Antriebseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenwelle (WP) der Pumpe (P) als Hohlwelle ausgebildet ist, durch die eine Abtriebswelle (WA bzw. WA1) der Antriebseinheit hindurchgeführt ist.
  10. Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (WA1) mit einem von zwei Ausgängen eines Differentialgetriebes (DG) gekoppelt ist, das eingangsseitig mit der zweiten Elektromaschine (E2) in Antriebsverbindung steht.
DE200910056230 2009-11-28 2009-11-28 Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen Withdrawn DE102009056230A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910056230 DE102009056230A1 (de) 2009-11-28 2009-11-28 Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910056230 DE102009056230A1 (de) 2009-11-28 2009-11-28 Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009056230A1 true DE102009056230A1 (de) 2011-06-01

Family

ID=43927192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910056230 Withdrawn DE102009056230A1 (de) 2009-11-28 2009-11-28 Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009056230A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4174684A (en) 1977-05-23 1979-11-20 Hallmann Eckhard P Variable stroke internal combustion engine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4174684A (en) 1977-05-23 1979-11-20 Hallmann Eckhard P Variable stroke internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008029287B4 (de) Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
DE60131832T2 (de) Hydraulisches hybridfahrzeug
DE102012108857B4 (de) Hydrostatische Startereinrichtung eines Verbrennungsmotors
DE102008028547B4 (de) Mobile Arbeitsmaschine
DE102014114889A1 (de) Antriebseinheit für Fahrzeuge
DE102005060990A1 (de) Antrieb und hydrostatische Kolbenmaschine mit Rückgewinnung von Bremsenergie
DE102010010578B4 (de) Hydrostatisch-elektrischer Antrieb, Flurförderfahrzeug mit einem solchen Antrieb
DE102013114038A1 (de) Hydrostatischer Antrieb im geschlossenen Kreislauf
DE102007044491A1 (de) Hybridantrieb
DE102020004981B3 (de) Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betreiben eines solchen Automatikgetriebes sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Automatikgetriebe
EP3084248A1 (de) Kupplungsvorrichtung mit voll integrierter hydraulik
DE102009051674A1 (de) Antriebsanordnung mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und hydrostatischem Fahrantrieb in selbsttragender Achsbauweise
DE102012112381A1 (de) Antriebsachse eines Fahrzeugs mit einer einen hydraulischen Druckmittelspeicher umfassenden Energierückgewinnungseinrichtung
WO2016058734A1 (de) Kraftfahrzeug-antriebsstrang
DE102009056230A1 (de) Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und elektrischen Maschinen
WO1994002334A2 (de) Hydraulisches antriebs- und bremssystem
DE102010015695A1 (de) Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und integriertem Überlagerungsgetriebe
DE102009041869A1 (de) Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und integrierter hydraulischer Axialkolbenpumpe
DE3610774C1 (en) Motor vehicle with standard drive for a first vehicle axle by way of a mechanical gearbox and hydrostatic drive for a second vehicle axle
DE102010008802A1 (de) Antriebseinheit mit Axialkolbenbrennkraftmaschine und hydrostatischem Getriebe
DE1550769C3 (de) Hydrostatisches Wechsel- und Wendegetriebe
DE102012109376A1 (de) Schmierölsystem zur Versorgung von motorinternen Schmierstellen eines eine Hydraulikanlage, insbesondere eine Arbeitshydraulik, antreibenden Verbrennungsmotors mit Schmieröl
DE29924730U1 (de) Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge
DE102013222744B3 (de) Kompakte hydraulische antriebseinheit und verfahren zu dessen betreiben
EP3740705B1 (de) Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug und verfahren zum starten eines verbrennungsmotors in einem solchen antriebsstrang

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140603