DE102010046048A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit – einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Kurbelwelle; – einer elektrischen Maschine, mit einem auf einer Rotorwelle umlaufenden Rotor; – einer Getriebeeinrichtung; wobei – die Drehachse der Kurbelwelle und die Drehachse des Rotors parallel zueinander angeordnet sind; wobei – die Elektromaschine und die Verbrennungskraftmaschine über ein Getriebeelement miteinander verbunden sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass – die Elektromaschine und die Verbrennungskraftmaschine eine gemeinsame, mit dem Getriebeelement verbundene Abtriebswelle aufweisen, welche mit einer Eingangswelle der Getriebeeinrichtung verbunden oder verbindbar ist, und dass – zwischen der Rotorwelle der elektrischen Maschine und der gemeinsamen Abtriebswelle eine hydrodynamische Kupplung angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Merkmalen.
- Vergleichbare Antriebsvorrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2007 001 840 A1 oder derUS 2004/0040810 A1 - Häufig ist es bei der Auslegung von Antriebsvorrichtungen jedoch gewünscht, ein über eine Antriebsmaschine angefordertes Drehmoment bereitzustellen und dieses über die Getriebeeinrichtung beispielsweise an eine Arbeitsmaschine oder an die angetriebenen Räder eines Kraftfahrzeugs weiterzugeben, ohne im Bereich der Getriebeeinrichtung oder danach entsprechende Modifikationen vorzunehmen.
- Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, dass eine universelle Antriebsmaschine entsteht, welche an einer Abtriebswelle ein vorgegebenes Drehmoment energieeffizient bereitstellen kann.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Ferner löst ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 10 diese Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebsvorrichtung beziehungsweise des Verfahrens ergeben sich aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.
- Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung verbindet also die Verbrennungskraftmaschine und die Elektromaschine beziehungsweise deren Abtriebswellen miteinander, sodass diese eine gemeinsame Abtriebswelle aufweisen, welche dann mit einer Eingangswelle der Getriebeeinrichtung verbunden oder verbindbar ist. Zwischen der Rotorwelle der Elektromaschine und der gemeinsamen Abtriebswelle ist erfindungsgemäß außerdem eine hydrodynamische Kupplung angeordnet. Über ein Getriebeelement, beispielsweise ein Stirnradgetriebe, wird eine Verbindung zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle und der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine einerseits und der Rotorwelle der Elektromaschine andererseits geschaffen. Da bei einer Verbrennungskraftmaschine, und hier insbesondere wenn diese als Dieselmotor ausgebildet ist, Drehschwingungen nicht gänzlich zu vermeiden sind, besteht bei einer drehfesten Kopplung der Kurbelwelle mit der Rotorwelle der Elektromaschine über das Getriebeelement die Gefahr, dass die elektrische Maschine durch diese Drehschwingungen entsprechend beeinflusst, in ihrem Wirkungsgrad verschlechtert oder gegebenenfalls sogar geschädigt wird. Da beim erfindungsgemäßen Aufbau zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle und der Elektromaschine jedoch eine hydrodynamische Kupplung eingesetzt ist, kann die Elektromaschine von den Drehschwingungen entkoppelt werden. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass Verbrennungskraftmaschine und Elektromaschine auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken können und so durch die Addition der Leistung an der Verbrennungskraftmaschine und der Elektromaschine eine annähernd beliebige Kennlinie an der gemeinsamen Abtriebswelle dieser integrierten, universellen Antriebseinheit aus Verbrennungskraftmaschine und Elektromaschine eingestellt werden kann. Damit kann eine annähernd beliebige Kennlinie bereitgestellt werden, ohne unerwünschte Knicke, Dellen oder dergleichen, welche in der Kennlinie der Verbrennungskraftmaschine bei bestimmten Drehzahlen auftreten können.
- Die gemeinsame Abtriebswelle kann dann direkt oder über geeignete Kupplungselemente mit einer Getriebeeinrichtung verbunden sein, welche dann wieder beispielsweise ein Fahrzeug, eine Arbeitsmaschine oder ähnliches antreibt.
- Wenn durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung beispielsweise ein Fahrzeug angetrieben wird, so kann die Getriebeeinrichtung ein manuelles, automatisiertes oder automatisches Schaltgetriebe, ein Differentialwandlergetriebe oder ähnliches sein.
- In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist es dabei vorgesehen, dass zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ein Drehschwingungsdämpfer angeordnet ist. Da die Verbrennungskraftmaschine typischerweise Drehschwingungen erzeugt, insbesondere wenn diese als Dieselmotor ausgebildet ist, kann ein solcher Drehschwingungsdämpfer zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung von entscheidendem Vorteil sein, da dieser die Drehschwingungen von der Getriebeeinrichtung fern hält. Die Drehschwingungen treten dann in dem System zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Drehschwingungsdämpfer einerseits und zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der über das Getriebeelement angekoppelten Elektromaschine beziehungsweise dem Bereich zwischen der hydrodynamischen Kupplung und der gemeinsamen Abtriebswelle auf. Sowohl die Elektromaschine als auch die Getriebeeinrichtung sind bei diesem besonders bevorzugten Aufbau der Antriebsvorrichtung von Drehschwingungen gänzlich entkoppelt.
- In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung kann es dabei vorgesehen sein, dass die hydrodynamische Kupplung als hydrodynamische Kupplung mit variablem Füllstand ausgebildet ist. Dies ermöglicht es durch eine entsprechende Regelung des Füllstands die Kraftübertragung zwischen der Elektromaschine und dem Getriebeelement beziehungsweise zwischen dem Getriebeelement und der Elektromaschine, wenn diese generatorisch betrieben wird, entsprechend einzustellen und zu regeln. Bei einer vollständigen Entleerung der hydrodynamischen Kupplung lässt sich hier außerdem ein Abkoppeln der elektrischen Maschine erreichen, sodass diese beispielsweise, wenn die gesamte benötigte Leistung beziehungsweise das gesamte benötigte Drehmoment ausschließlich durch die Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, nicht mitgeschleppt werden muss, und so Verluste vermieden werden.
- Ergänzend oder alternativ hierzu kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ferner vorgesehen sein, dass die Elektromaschine als Asynchronmaschine ausgebildet ist. Dann ist es möglich, diese durch Abmagnetisieren verlustfrei umlaufen zu lassen. In diesem Fall kann auf eine vollständige Entleerung der hydrodynamischen Kupplung, wie es gemäß der oben beschriebenen Variante denkbar und möglich ist, gänzlich verzichtet werden.
- In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es außerdem vorgesehen, dass die hydrodynamische Kupplung eine mechanische Überbrückungskupplung aufweist. Eine solche mechanische Überbrückungskupplung kann in bestimmten Situationen, in denen keine Drehschwingungen auftreten, beispielsweise wenn die Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet ist, eingesetzt werden, um Leistungsverluste bei der Übertragung der Leistung von der elektrischen Maschine auf die Getriebeeinrichtung oder umgekehrt zu minimieren.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sieht es dabei vor, dass aus einem angeforderten Drehmoment, welches beispielsweise im Falle eines Fahrzeugs durch den Nutzer des Fahrzeugs und die Gaspedalstellung angefordert wird, oder welches im Falle einer Arbeitsmaschine durch diese beziehungsweise einen vorgegebenen Betriebszustand angefordert wird, ein Soll-Eingangsdrehmoment für die Getriebeeinrichtung bestimmt wird. Dieses Soll-Eingangsdrehmoment lässt sich anhand eines Getriebesteuergeräts aus dem bekannten Übertragungsverhalten des Getriebes in an sich bekannter Art herleiten, und berechnen, einem Kennfeld entnehmen oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dann ferner vor, dass die Verbrennungskraftmaschine und die Elektromaschine dieses Soll-Eingangsdrehmoment gemeinsam liefern, sofern dieses kleiner als ein maximal mögliches Drehmoment ist, wobei die Aufteilung von geliefertem Drehmoment zwischen der Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine frei wählbar ist. Der Betrieb der Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine, welche vom Rest des Antriebsstrangs lediglich als integrierte Antriebseinheit mit einer einzigen Abtriebswelle, nämlich der gemeinsamen Abtriebswelle, gesehen werden, ist zur Erzeugung des Soll-Eingangsdrehmoments für die Getriebeeinrichtung nicht relevant. Für die Getriebeeinrichtung und die nachfolgenden Komponenten ist es lediglich wichtig, dass dieses Soll-Eingangsdrehmoment bereitgestellt wird. Die Aufteilung bei der Erzeugung des Soll-Eingangsdrehmoments zwischen der Elektromaschine und der Verbrennungsmaschine ist somit frei wählbar.
- Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei vorgesehen, dass die Aufteilung wenigstens mittelbar in Abhängigkeit wenigstens eines der Parameter
- – Speicherinhalt einer elektrischen Energiespeichereinrichtung für die Elektromaschine;
- – Dynamik der Drehmoment-Anforderung
- – Wirkungsgradkennfeld der Verbrennungskraftmaschine und/oder der elektrischen Maschine;
- – Anforderungen an Schadstoff- und/oder Geräuschemissionen;
- – Angefordertes Bremsmoment;
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
- Dabei zeigen:
-
1 eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung; -
2 eine zweite mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. - In der Darstellung der
1 ist eine Antriebsvorrichtung1 zu erkennen, welche eine Verbrennungskraftmaschine2 , insbesondere einen Dieselmotor, und eine elektrische Maschine3 , insbesondere eine Asynchronmaschine, aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine2 und die elektrische Maschine3 bilden zusammen eine Antriebseinheit4 , welche in der Darstellung der1 mit einer strichpunktierten Linie umrandet ist. Diese Antriebseinheit4 weist eine einzige Abtriebswelle5 auf, welche als gemeinsame Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine2 und der elektrischen Maschine3 zu sehen ist. Die gemeinsame Abtriebswelle5 ist dabei über ein Getriebeelement6 mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine2 und einer Rotorwelle der Elektromaschine3 verbunden. Die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine2 ist dabei nicht explizit dargestellt, die Rotorwelle der Elektromaschine3 ist mit dem Bezugszeichen7 versehen. Rein beispielhaft ist das Getriebeelement6 dabei in Form von drei einzelnen Zahnrädern mit Stirnverzahnung ausgebildet, welche in der Darstellung der1 mit6.1 ,6.2 und6.3 bezeichnet sind. Das mit6.1 bezeichnete Zahnrad kann dabei gleichzeitig das Schwungrad der Verbrennungskraftmaschine2 sein, welches über eine Außenverzahnung verfügt und mit dem zweiten Zahnrad6.2 des Getriebeelements6 entsprechend kämmt. Neben der Ausbildung des Getriebeelements6 durch zwei oder mehr Zahnräder6.1 ,6.2 ,6.3 könnte es alternativ oder ergänzend auch vorgesehen sein, Riementriebe, Kettentriebe, Kegelräder oder dergleichen einzusetzen. Typische Drehzahlverhältnisse zwischen der Elektromaschine3 und der Verbrennungskraftmaschine2 liegen dabei in einem Bereich von 1,4 bis 4, sodass also die Elektromaschine3 um das 1,4-fache bis 4-fache schneller dreht als die Verbrennungskraftmaschine2 . Typische Leistungsbereiche können insbesondere so angedacht sein, dass die Elektromaschine3 eine Leistung in der Größenordnung von 0,1 bis 1 der Leistung der Verbrennungskraftmaschine2 aufweist. - Alternativ zu den hier dargestellten Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die Elektromaschine
3 auf der anderen Seite der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine2 angekoppelt ist und die entsprechenden Leistungen dann durch die Kurbelwelle als gemeinsame Antriebswelle5 übertragen werden. Die in den Figuren dargestellte abtriebsseitige Einkopplung der Elektromaschine3 ist also rein beispielhaft zu verstehen. - Die Elektromaschine
3 ist in der Darstellung der1 rein beispielhaft angedeutet mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung8 , beispielsweise einer elektrochemischen Batterie und/oder einem elektrischen Energiespeicher mit Hochleistungskondensatoren verbunden. In der elektrischen Energiespeichereinrichtung8 kann bei Bedarf, wenn die Elektromaschine3 als Generator betrieben wird, elektrische Energie gespeichert werden, was insbesondere während eines Abbremsen der Antriebsvorrichtung1 , beispielsweise beim Abbremsen eines Fahrzeugs, falls die Antriebsvorrichtung1 ein Fahrzeug antreibt, der Fall sein wird. Außerdem kann über die elektrische Energiespeichereinrichtung8 , in den Situationen in denen der Elektromotor3 motorisch betrieben wird, diesem die erforderliche elektrische Leistung zur Verfügung gestellt werden. Die elektrische Energiespeichereinrichtung8 kann dabei nicht nur über ein Abbremsen der Antriebsvorrichtung1 , sondern auch über andere Maßnahmen elektrisch geladen werden, beispielsweise über die zeitweise Anbindung an ein elektrisches Netz oder ähnliches. - Die gemeinsame Abtriebswelle
5 ist mit einer Eingangswelle9 einer Getriebeeinrichtung10 verbunden, welche dann eine Arbeitsmaschine antreibt oder zum Antrieb eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, eines Schienenfahrzeugs oder dergleichen dienen kann. Die Getriebeeinrichtung10 kann dabei in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Antriebsvorrichtung1 zum Antreiben eines Fahrzeugs eingesetzt wird, wird die Getriebeeinrichtung10 typischerweise als Gangwechselgetriebe, welches entweder manuell, automatisiert oder automatisch geschaltet wird, ausgebildet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bei der Verwendung der Antriebsvorrichtung1 für ein Fahrzeug ist die Getriebeeinrichtung10 dabei als Differentialwandler-Getriebe ausgebildet, welches einen hydrodynamischen Wandler aufweist und einen mechanischen Leistungszweig und einen über den hydrodynamischen Wandler verlaufenden Leistungszweig hat. Im Betriebsfall der Getriebeeinrichtung10 kann dann je nach Bedarf entweder der eine oder der andere oder beide der Leistungszweige genutzt werden, je nachdem was für Anforderungen an Drehzahl und Drehmoment im Bereich einer Ausgangswelle11 der Getriebeeinrichtung10 vorliegen. - Typischerweise verursacht die Verbrennungskraftmaschine
2 Drehschwingungen, insbesondere dann, wenn diese als Dieselmotor ausgebildet ist. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es daher bekannt, einen Drehschwingungsdämpfer12 in den Bereich zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle5 und der Eingangswelle9 des Getriebes zu integrieren. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Drehschwingungsdämpfer12 beispielhaft angedeutet. Er kann beispielsweise über entsprechende Federelemente und eine hydraulische Dämpfung verfügen. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, einen Drehschwingungsdämpfer zu verwenden, welcher lediglich über Federelemente die Antriebsseite mit der Abtriebsseite koppelt und so Antriebsleistung übertragen kann, ohne Drehschwingungen mit zu übertragen. - In der Antriebseinheit
4 , welche die Verbrennungskraftmaschine2 und die Elektromaschine3 umfasst, liegt nun im Wesentlichen eine drehfeste Kopplung dieser beiden Maschinen2 ,3 über das Getriebeelement6 vor. Ohne weitere Maßnahmen würden daher die von der Verbrennungskraftmaschine2 erzeugten Drehschwingungen über das Getriebeelement6 in den Bereich der Elektromaschine3 eingeleitet und würden hier zu erheblichen Problemen führen. Diese Problematik wird bei dem hier dargestellten Aufbau dadurch umgangen, dass zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle5 und der Rotorwelle7 der Elektromaschine3 beziehungsweise im Bereich zwischen der Rotorwelle7 und dem Getriebeelement6 eine hydrodynamische Kupplung13 vorgesehen ist. Diese hydrodynamische Kupplung13 sorgt einerseits für eine Übertragung des gewünschten Drehmoments von der Rotorwelle7 der elektrischen Maschine3 in den Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle5 oder umgekehrt, je nach Betriebszustand, und sorgt andererseits bei in Betrieb befindlicher Verbrennungskraftmaschine2 für eine Entkopplung der im Bereich der Verbrennungskraftmaschine2 vorliegenden Drehschwingungen von der Rotorwelle7 der Elektromaschine3 . - Der Aufbau erlaubt es so erstmals eine integrierte Antriebseinheit
4 zu schaffen, welche insbesondere so ausgebildet ist, dass die Drehachse der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine2 und die Drehachse der Rotorwelle7 parallel zueinander verlaufen. Insbesondere sind Verbrennungskraftmaschine2 und Elektromaschine3 dabei integriert oder miteinander verbunden ausgeführt, sodass letztlich eine kompakte universelle Antriebseinheit4 entsteht. Diese Antriebseinheit4 bietet entscheidende Vorteile, da diese vom Rest der Antriebsvorrichtung1 , insbesondere also von der Getriebeeinrichtung10 und den durch diese angetriebenen Komponenten als lediglich eine einzige Antriebseinheit4 wahrgenommen wird. Die Antriebseinheit4 kann dabei vergleichsweise frei so betrieben werden, dass sich im Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle5 eine vorgegebene Kennlinie für Leistung und/oder Drehmoment einstellt, ohne dass die Hybridisierung der Antriebsvorrichtung1 bei der Auslegung der nachfolgenden Komponenten zwingend berücksichtigt werden muss. Vielmehr ist es möglich, über ein Steuergerät14 und eine entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine3 und der Verbrennungskraftmaschine2 bei freier Aufteilung der Leistung zwischen diesen beiden Maschinen2 ,3 das gewünschte Drehmoment beziehungsweise die gewünschte Leistung im Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle5 zur Verfügung zu stellen. Die Aufteilung der Leistung, welche maximal selbstverständlich so groß sein kann wie die Summe der Maximalleistungen der beiden Maschinen2 ,3 bei der jeweiligen Drehzahl, lässt sich dabei vergleichsweise frei aufteilen. Hier kann beispielsweise ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers8 mit berücksichtigt werden, um einen möglichst energieeffizienten Betrieb der integrierten Antriebseinheit4 zu gewährleisten. Ergänzend oder alternativ hierzu kann außerdem die Dynamik in der Anforderung des angeforderten Drehmoments berücksichtigt werden, da typischerweise über die elektrische Maschine3 sehr viel schneller eine schlagartige Drehmomentsteigerung möglich ist, als über die Verbrennungskraftmaschine2 , sodass in diesem Fall die geforderte Leistungsbeziehungsweise Drehmomentkennlinie an der gemeinsamen Abtriebswelle5 so realisiert werden kann, dass zuerst das Drehmoment relativ schnell über die elektrische Maschine3 erhöht wird und dann in Abhängigkeit der Ladung des Energiespeichers8 oder auch unabhängig hiervon eine Erzeugung des Drehmoments oder eines Teils des Drehmoments durch die Verbrennungskraftmaschine2 erfolgt. Die Aufteilung der Leistungen und die Betriebsweise der Antriebseinheit4 muss vom Rest der Antriebsvorrichtung1 nicht berücksichtigt werden. Beide Teilbereiche sind unabhängig voneinander steuerbar. - Der typische Aufbau ist in der Darstellung der
1 in einer sehr einfachen Ausführungsform dargestellt. Über das Steuergerät14 wird im Allgemeinen eine Drehmomentanforderung erhalten, welche typischerweise das Drehmoment im Bereich der Abtriebswelle11 der Getriebeeinrichtung10 betrifft. Diese wird entweder in der elektrischen Steuereinrichtung14 oder über ein eigenes Getriebesteuergerät entsprechend umgeformt, sodass der Steuereinrichtung14 letztlich ein Soll-Eingangsdrehmoment der Getriebeeinrichtung10 im Bereich der Eingangswelle9 zur Verfügung gestellt wird. Dieses Drehmoment ist in der Darstellung der1 und2 mit der Bezeichnung Tsoll bezeichnet. Ausgehend von diesem Sollmoment wird zumindest die Verbrennungskraftmaschine2 und die elektrische Maschine3 entsprechend angesteuert um dieses Sollmoment im Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle5 bereitzustellen. - In der Darstellung der
1 ist zu erkennen, dass außerdem eine Ansteuerung der hydrodynamischen Kupplung13 erfolgen kann. Diese kann beispielsweise als Regelkupplung oder als in ihrem Füllstand variierbare Kupplung ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Leistungsübertragung zusätzlich beeinflusst werden, beispielsweise durch einen Stelldruck, welcher den Füllgrad der hydrodynamischen Kupplung13 bestimmt und damit unmittelbar Einfluss auf die Leistungsübertragung zwischen der elektrischen Maschine3 und der gemeinsamen Abtriebswelle5 , welche über das Getriebeelement6 miteinander gekoppelt sind, gewährleistet. Der Aufbau hat dabei den Vorteil, dass bei einer vollkommen entleerten hydrodynamischen Kupplung13 automatisch eine Abkopplung der elektrischen Maschine3 erfolgt, sodass diese unabhängig von ihrer Bauart ohne Leistungsverluste ist. - In der bevorzugten Bauart ist die elektrische Maschine
3 jedoch als Asynchronmaschine ausgebildet. In diesem Fall lässt sich durch eine Abmagnetisierung ein Umlaufen ohne Leistungsverluste auch dann erreichen, wenn die hydrodynamische Kupplung13 befüllt bleibt. - Der in
1 dargestellte Aufbau der Antriebsvorrichtung1 erlaubt es dabei, wie bei hybridisierten Antriebsvorrichtungen1 üblich, eine maximale Leistung bereitzustellen, welche sich aus der Summe der maximalen Leistung der Verbrennungskraftmaschine2 und der Elektromaschine3 im jeweiligen Betriebspunkt ergibt. Alternativ oder ergänzend dazu ist der Antrieb der gemeinsamen Abtriebswelle5 jeweils über eine der beiden Maschinen2 ,3 alleine ebenso denkbar. Für den Fall, dass die Getriebeeinrichtung10 beziehungsweise die Abtriebswelle11 der Getriebeeinrichtung10 abgebremst werden soll, ist es insbesondere auch möglich, neben dem durch die Verbrennungskraftmaschine2 auftretenden Schleppmoment die elektrische Maschine3 generatorisch zu betreiben und so durch eine Leistungsentnahme und ein Einspeichern der entnommenen elektrischen Leistung in der Energiespeichereinrichtung8 ein Bremsmoment zu erzeugen und die Bremsenergie durch Rekuperation vorteilhaft zu nutzen. Da bei dem in1 dargestellten Aufbau kein Abkoppeln der Verbrennungskraftmaschine2 von der gemeinsamen Abtriebswelle5 möglich ist, müsste diese beim Bremsen immer mitgeschleppt werden, sodass auch hierdurch ein gewisses Bremsmoment entsteht und nicht das gesamte zur Verfügung stehende Bremsmoment in elektrische Energie umgewandelt werden kann. - Eine alternative Ausführungsform der Antriebsvorrichtung
1 ist in der Darstellung der2 zu erkennen. Das Getriebeelement6 weist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich zwei Zahnräder6.1 und6.2 auf, ansonsten ist die Funktionalität in diesem Bereich dieselbe. Wie auch bei dem Getriebeelement6 in der Darstellung der1 ist dabei die Übersetzung des Getriebeelements6 so gewählt, dass die Elektromaschine3 schneller läuft als die Verbrennungskraftmaschine2 . Dies ist aufgrund der bei Elektromaschinen, und hier insbesondere bei Asynchronmaschinen üblichen Drehzahlen sinnvoll, um bei minimaler Baugröße die gewünschten Leistungen zu realisieren. Der in der Darstellung der2 erkennbare Aufbau unterscheidet sich ansonsten von dem in1 dargestellten Aufbau außerdem durch eine Reibkupplung15 sowie eine Überbrückungskupplung16 . Die Reibkupplung15 ist im Bereich zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle5 und der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine2 angeordnet und erlaubt es, die Verbrennungskraftmaschine2 von der gemeinsamen Abtriebswelle5 beziehungsweise der Getriebeeinheit6 abzukoppeln. Dies ermöglicht einen rein elektrischen Antrieb über die Elektromaschine3 , ohne dass die Verbrennungskraftmaschine2 geschleppt werden muss, und erlaubt es außerdem über die elektrische Maschine3 die Antriebsvorrichtung1 abzubremsen, ohne dass Bremsleistung durch ein Schleppen der Verbrennungskraftmaschine2 bereitgestellt wird. Damit lässt sich eine größere Menge an Energie beim Abbremsen durch die elektrische Maschine3 im generatorischen Betrieb in den Bereich der Energiespeichereinrichtung8 einspeichern. - Die hydrodynamische Kupplung
13 hat, wie oben bereits erwähnt, die Aufgabe, eine Entkopplung von Drehschwingungen zwischen der Verbrennungskraftmaschine2 und der Elektromaschine3 zu realisieren. In Situationen, in denen die Verbrennungskraftmaschine2 nicht betrieben wird oder in der speziellen Ausführungsform gemäß2 über die Reibkupplung15 abgekoppelt ist, ist die hydrodynamische Kupplung13 nicht notwendig. Da die hydrodynamische Kupplung13 mehr Leistungsverluste verursacht als eine direkte Verbindung der Wellen, ist deshalb eine Überbrückungskupplung16 in Form einer weiteren Reibkupplung, beispielsweise im Bereich der hydrodynamischen Kupplung13 , integriert oder auch in einem parallelen Leistungszweig hierzu (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Überbrückungskupplung kann immer dann geschlossen werden, wenn die Beeinträchtigung der elektrischen Maschine3 durch Drehschwingungen nicht zu befürchten ist, und erhöht dann den Wirkungsgrad der Leistungsübertragung, da eine geschlossene Reibkupplung einen höheren Wirkungsgrad realisiert als die hydrodynamische Kupplung13 . Ansonsten ist der in2 dargestellte Aufbau in seiner Funktionalität analog zu dem in1 dargestellten Aufbau zu verstehen. Die zusätzlichen Elemente der Reibkupplung15 und der Überbrückungskupplung16 ließen sich dabei einzeln oder gemeinsam auch in den Aufbau, wie er in1 dargestellt ist, integrieren. - Auch bei dem in
2 dargestellten Aufbau liefert die integrierte Antriebseinheit4 als universeller Antrieb bei freier Aufteilung der Leistungen zwischen der elektrischen Maschine3 und der Verbrennungskraftmaschine2 eine in weiten Grenzen frei wählbare Kennlinie von Leistung beziehungsweise Drehmoment im Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle5 und erlaubt es so, die Aufteilung insbesondere hinsichtlich Energieeffizienz so auszubilden, dass die Antriebsvorrichtung1 bei gleichen Antriebsbedingungen im Bereich der Abtriebswelle11 über ihre Betriebsdauer hinweg eine große Menge an Energie einspart. - 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.
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Claims (11)
- Antriebsvorrichtung (
1 ) mit 1.1 einer Verbrennungskraftmaschine (2 ) mit einer Kurbelwelle; 1.2 einer elektrischen Maschine (3 ) mit einem auf einer Rotorwelle (7 ) umlaufenden Rotor; 1.3 einer Getriebeeinrichtung (10 ); wobei 1.4 die Drehachse der Kurbelwelle und die Drehachse des Rotors parallel zueinander angeordnet sind; wobei 1.5 die Elektromaschine (3 ) und die Verbrennungskraftmaschine (2 ) über ein Getriebeelement (6 ) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6 die Elektromaschine (3 ) und die Verbrennungskraftmaschine (2 ) eine gemeinsame, mit dem Getriebeelement (6 ) verbundene Abtriebswelle (5 ) aufweisen, welche mit einer Eingangswelle (9 ) der Getriebeeinrichtung (10 ) verbunden oder verbindbar ist, und dass 1.7 zwischen der Rotorwelle (7 ) der elektrischen Maschine (3 ) und der gemeinsamen Abtriebswelle (5 ) eine hydrodynamische Kupplung (13 ) angeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der gemeinsamen Abtriebswelle (
5 ) und der Eingangswelle (9 ) der Getriebeeinrichtung (10 ) ein Drehschwingungsdämpfer (12 ) angeordnet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrodynamische Kupplung (
13 ) als hydrodynamische Kupplung mit variablem Füllstand ausgebildet ist. - Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Überbrückungskupplung (
16 ) zum Überbrücken der hydrodynamischen Kupplung (13 ) vorgesehen ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (
6 ), wenigstens zwei Zahnräder (6.1 ,6.2 ,6.3 ) aufweist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (
3 ) als Asynchronmaschine ausgebildet ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine (
2 ) und der gemeinsamen Abtriebswelle (5 ) eine Reibkupplung (15 ) vorgesehen ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (
6 ) so ausgebildet ist, dass sich ein Verhältnis der Drehzahl der elektrischen Maschine (3 ) zur Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2 ) ergibt, welches größer als 1 ist. - Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (
10 ) als Differentialwandlergetriebe ausgebildet ist. - Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 10.1 aus einem angeforderten Drehmoment ein Soll-Eingangsdrehmoment (Tsoll) für die Getriebeeinrichtung (10 ) bestimmt wird, wonach 10.2 Verbrennungskraftmaschine (2 ) und elektrische Maschine (3 ) dieses Soll-Eingangsdrehmoment (Tsoll) im Bereich der gemeinsamen Abtriebswelle (5 ) gemeinsam liefern, wobei 10.3 die Aufteilung der Drehmoment-Erzeugung zwischen der elektrischen Maschine (3 ) und der Verbrennungskraftmaschine (2 ) frei wählbar ist. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Drehmoment-Erzeugung wenigstens mittelbar in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Parameter erfolgt: 11.1 Speicherinhalt einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (
8 ); 11.2 Dynamik der Anforderung des Drehmoments; 11.3 Wirkungsgradkennfeld der Verbrennungskraftmaschine (2 ) und/oder der elektrischen Maschine (3 ); 11.4 Anforderungen an Schadstoff- und/oder Geräuschemissionen; 11.5 Angefordertes Bremsmoment.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20150401 |