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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eine Elektromotorvorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und ein entsprechendes Fahrzeug.
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Eine solche Antriebsvorrichtung dient üblicherweise ausschließlich dem Antreiben des Fahrzeugs. Beispielsweise zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums des Fahrzeugs ist üblicherweise eine separate Klimatisierungsvorrichtung, insbesondere eine separate Klimakompressorvorrichtung, vorgesehen.
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Die
DE 10 2009 007 190 A1 und die
DE 17 51 686 A offenbaren Antriebsvorrichtungen für Fahrzeuge, welche jeweils einen als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor und zusätzliche Nebenaggregate umfassen. Die Nebenaggregate sind beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Aus der
WO 2008/020184 A1 ist ein Kompressor für einen Verbrennungsmotor bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs bereitzustellen, welche kompakt ausgebildet ist und mittels welcher auf energieeffizientem Wege ein Fluid komprimierbar und/oder antreibbar ist, sowie ein Fahrzeug, umfassend eine solche Antriebsvorrichtung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 11 gelöst.
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Unter einem Antreiben des Fahrzeugs ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere ein Beschleunigen des Fahrzeugs zur Fortbewegung desselben zu verstehen.
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Ein Fluid ist insbesondere ein Gas und/oder eine Flüssigkeit.
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Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung als eine Klimakompressorvorrichtung ausgebildet ist.
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Mittels einer solchen Klimakompressorvorrichtung kann insbesondere ein Kühlfluid komprimiert und/oder angetrieben werden.
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Die Klimakompressorvorrichtung dient vorzugsweise als Wärmepumpe zur Bereitstellung von Wärme und/oder Kälte und/oder zum Entfeuchten eines dem Fahrgastraum zuzuführenden Luftstroms.
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Die Antriebsvorrichtung umfasst eine Kupplungsvorrichtung, mittels welcher die Kompressorvorrichtung mechanisch mit dem Antriebsmotor kuppelbar ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung eine Kupplungsvorrichtung umfasst, mittels welcher die Kompressorvorrichtung mechanisch mit dem Antriebsmotor lösbar kuppelbar ist.
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In einer Ruhestellung der Kupplungsvorrichtung ist die Kupplungsvorrichtung vorzugsweise ausgekuppelt, so dass der Antriebsmotor mechanisch nicht mit der Kompressorvorrichtung gekoppelt ist.
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Insbesondere durch Beaufschlagen der Kupplungsvorrichtung mit einem elektrischen Strom kann die Kupplungsvorrichtung vorzugsweise in eine Aktivstellung gebracht werden, in welcher die Kupplungsvorrichtung eingekuppelt ist. Der Antriebsmotor ist in dieser Aktivstellung der Kupplungsvorrichtung vorzugsweise mit der Kompressorvorrichtung mechanisch gekuppelt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung einen Hilfsmotor umfasst, welcher permanent mit der Kompressorvorrichtung mechanisch gekuppelt oder kuppelbar ist.
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Der Hilfsmotor ist insbesondere ein von dem Antriebsmotor verschiedener Motor.
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Vorzugsweise sind der Antriebsmotor und der Hilfsmotor so dimensioniert, dass eine maximale elektrische Leistungsaufnahme, ein maximal erzeugbares Drehmoment und/oder eine bereitstellbare maximale mechanische Leistung des Antriebsmotors diejenige bzw. dasjenige des Hilfsmotor übersteigt, beispielsweise um mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Fünffache.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kompressorvorrichtung, der Antriebsmotor und/oder ein Hilfsmotor der Antriebsvorrichtung koaxial zueinander angeordnet sind.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein rotierendes Bauteil der Kompressorvorrichtung, mindestens ein rotierendes Bauteil des Antriebsmotors und/oder mindestens ein rotierendes Bauteil eines Hilfsmotors der Antriebsvorrichtung um dieselbe Rotationsachse drehbar sind.
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Der Antriebsmotor und der Hilfsmotor der Antriebsvorrichtung sind als Elektromotoren ausgebildet.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Stator des Antriebsmotors und ein Stator des Hilfsmotors der Antriebsvorrichtung an einer gemeinsamen Statoraufnahme, insbesondere dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung, drehfest angeordnet und/oder drehfest miteinander verbunden sind.
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Die Statoren sind insbesondere koaxial zueinander angeordnet und weisen vorzugsweise zumindest näherungsweise dieselben Außenmaße und/oder dieselben Innenmaße auf.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Statoren bezüglich einer parallel zur Rotationsachse verlaufenden Richtung zumindest näherungsweise dieselbe Länge oder voneinander verschiedene Längen aufweisen.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Statoren, nämlich der Stator des Hilfsmotors und der Stator des Antriebsmotors, voneinander verschiedene Außenmaße und/oder voneinander verschiedene Innenmaße und/oder voneinander verschiedene Längen aufweisen.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn ein Rotor des Antriebsmotors permanent drehfest mit der Antriebswelle der Antriebsvorrichtung verbunden ist.
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Ein Rotor des Hilfsmotors der Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise zum Antreiben der Kompressorvorrichtung mittels einer Getriebevorrichtung der Antriebsvorrichtung mit einem rotierenden Bauteil der Kompressorvorrichtung, insbesondere mit einer Kompressorwelle, verbunden.
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Die Getriebevorrichtung umfasst vorzugsweise ein Untersetzungsgetriebe und/oder ein Umlaufgetriebe, insbesondere ein sonnenradangetriebenes Umlaufgetriebe.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kompressorvorrichtung einen Schwingkolben, einen Kreiskolben und/oder einen Rollkolben umfasst, welcher mittels des Antriebsmotors und/oder mittels eines Hilfsmotors der Antriebsvorrichtung mechanisch antreibbar ist, insbesondere um eine zyklische Kompression und/ oder einen zyklischen Antrieb des Fluids zu bewirken.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebsvorrichtung einen Hilfsmotor zum Antreiben der Kompressorvorrichtung umfasst, welcher zur Erhöhung einer Antriebsleistung des Antriebsmotors mechanisch mit dem Antriebsmotor kuppelbar ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Hilfsmotors eine mechanische Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung, welche in einem Normalbetrieb der Antriebsvorrichtung ausschließlich mittels des Antriebsmotors bereitgestellt wird, temporär erhöht werden kann.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn zur Erhöhung der Antriebsleistung des Antriebsmotors die Kompressorvorrichtung deaktivierbar und/oder kurzschließbar ist. Vorzugsweise wird hierbei keine Energie des Hilfsmotors und/oder des Antriebsmotors zur Kompression und/oder zum Antreiben des Fluids verwendet.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Fluidkreislauf der Kompressorvorrichtung, insbesondere der Klimakompressorvorrichtung, kurzgeschlossen wird, um eine unerwünschte Leistungsaufnahme der Klimakompressorvorrichtung temporär zu verhindern.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtungen umfasst.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der Antriebsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Antriebswelle der Antriebsvorrichtung mit mindestens einem Rad des Fahrzeugs verbindbar oder verbunden ist, so dass das mindestens eine Rad mittels der Antriebsvorrichtung und/oder die Antriebsvorrichtung mittels des mindestens einen Rads antreibbar ist.
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Insbesondere zum Beschleunigen des Fahrzeugs kann somit vorzugsweise von der Antriebsvorrichtung ein Drehmoment auf das Rad ausgeübt werden.
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Ferner kann vorzugsweise zum Abbremsen des Fahrzeugs, insbesondere zur Energierekuperation, ein Drehmoment von dem Rad auf die Antriebsvorrichtung übertragen werden. Die Antriebsvorrichtung kann dann insbesondere als eine Generatorvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere zur Rückgewinnung von elektrischer Energie, dienen.
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Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein. Ferner kann das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug, eine Arbeitsmaschine, ein Militärfahrzeug und/ oder ein Luftfahrzeug sein.
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Insbesondere eignet sich die Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in sämtlichen Elektrofahrzeugen mit Klimatisierungsbedarf, beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Zügen, etc.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug können vorzugsweise ferner einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
- Die Kompressorvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Schwingkolben, insbesondere ein Schwingkolbenelement.
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Günstig kann es sein, wenn die Kompressorvorrichtung ein Exzenterelement umfasst, welches eine bezüglich einer Rotationsachse exzentrische äußere Form aufweist.
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An dem Exzenterelement, insbesondere das Exzenterelement umgebend, ist vorzugsweise ein Kolbenelement, insbesondere ein Schwingkolbenelement, der Kompressorvorrichtung angeordnet.
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Durch die exzentrische Bewegung des Exzenterelements im Betrieb der Kompressorvorrichtung kann vorzugsweise das Kolbenelement, insbesondere das Schwingkolbenelement, zur zyklischen Kompression und/oder zum zyklischen Antreiben des Fluids bewegt werden.
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Die Kompressorvorrichtung dient insbesondere als Klimakompressorvorrichtung.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kompressorvorrichtung der Kompression und/oder dem Antrieb eines zum Betrieb des Fahrzeugs anderweitig erforderlichen pneumatischen oder hydraulischen Fluids einer Pneumatikvorrichtung bzw. Hydraulikvorrichtung dient.
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Ein Hilfsmotor der Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise wahlweise zuschaltbar oder abschaltbar, insbesondere abhängig von einem Betriebszustand des Antriebsmotors und/oder des gesamten Fahrzeugs.
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Vorzugsweise können mittels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Kosten von Elektrofahrzeugen reduziert werden, insbesondere durch Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit separaten Antriebsmotoren und Klimakompressoren kann vorzugsweise die Anzahl der benötigten Bauteile des Fahrzeugs reduziert werden.
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Insbesondere bei der Energierekuperation kann die über die Räder des Fahrzeugs an die Antriebsvorrichtung übertragene mechanische Energie vorzugsweise in Form von mechanischer Energie direkt an die Kompressorvorrichtung weitergeleitet werden, um diese anzutreiben.
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Eine Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie, welche wiederum zum Antreiben eines separaten Antriebsmotors einer separaten Klimakompressorvorrichtung verwendet wird, ist hierdurch vorzugsweise entbehrlich. Die zur Verfügung stehende kinetische Energie kann hierdurch vorzugsweise effizienter genutzt werden.
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Die Antriebsvorrichtung weist insbesondere eine im Vergleich zu Vorrichtungen mit separatem Antriebsmotor und separatem Klimakompressor kompaktere Bauweise auf, welche folglich wenig Bauraum in dem Fahrzeug beansprucht und somit auch die Gesamtkosten des Fahrzeugs gering hält.
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Aufgrund einer möglichen Materialeinsparung ergeben sich vorzugsweise Vorteile in der Logistik und eine höhere Wertschöpfung beim Hersteller der Antriebsvorrichtung und/oder des Fahrzeugs.
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Günstigerweise ergeben sich Erhöhungen des Gesamtwirkungsgrades bezogen auf alle bekannten Fahrzyklen, wenn die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung Verwendung findet.
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Wenn die Antriebsvorrichtung einen Hilfsmotor umfasst, ist es möglich, auch im Stillstand des Fahrzeugs, insbesondere bei stillstehendem Antriebsmotor, die Kompressorvorrichtung, insbesondere die Klimakompressorvorrichtung, anzutreiben, um einen Innenraum des Fahrzeugs zu heizen und/oder zu kühlen. Vorzugsweise weist die Kompressorvorrichtung einen Kreiskolbenkompressor mit hohem Wirkungsgrad auf.
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Die Kompressorvorrichtung weist vorzugsweise ferner eine Gleitlagerung für die drehenden/rotierenden Bauteile, insbesondere für die Kompressorwelle, auf.
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Günstig kann es sein, wenn der Antriebsmotor und/oder der Hilfsmotor als permanentmagneterregte und einzelzahnbewickelte Synchronmaschinen, beispielsweise mit einer Polpaarzahl von sechs und hoher Ausnutzung, ausgebildet sind.
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Ein zwischen dem Hilfsmotor und der Kompressorvorrichtung angeordnetes Getriebe ist vorzugsweise ein sonnenradangetriebenes und planetenradträgerabtreibendes Umlaufgetriebe.
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Eine Kupplung zwischen dem Hilfsmotor und dem Antriebsmotor ist vorzugsweise eine elektromagnetisch betätigbare und selbstrückstellende Kupplung.
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Eine Welle des Hilfsmotors und die Antriebswelle des Antriebsmotors sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet.
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Günstig kann es sein, wenn eine Welle des Hilfsmotors und/oder eine Kompressorwelle der Kompressorvorrichtung die Antriebswelle des Antriebsmotors umgibt.
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Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung ein flüssigkeitsgekühltes, insbesondere wassergekühltes, Gesamtsystem.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 einen schematischen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung, welche einen Antriebsmotor, einen Hilfsmotor und eine Kompressorvorrichtung umfasst;
- 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II in 1;
- 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III in 1;
- 4 eine Explosionsdarstellung der Kompressorvorrichtung;
- 5 eine perspektivische, teilweise transparente Darstellung der Kompressorvorrichtu ng;
- 6 einen senkrecht zu einer Rotationsachse genommenen Schnitt durch die Kompressorvorrichtung;
- 7 eine Explosionsdarstellung einer Getriebevorrichtung zur Verbindung der Kompressorvorrichtung mit dem Hilfsmotor;
- 8 eine geschnittene Explosionsdarstellung des Hilfsmotors und einer Kupplungsvorrichtung zur Kupplung des Hilfsmotors mit dem Antriebsmotor;
- 9 eine Explosionsdarstellung des Antriebsmotors;
- 10 eine Explosionsdarstellung des Antriebsmotors, der Getriebevorrichtung und der Kompressorvorrichtung;
- 11 eine Explosionsdarstellung eines Gehäuses der Antriebsvorrichtung und der darin angeordneten Komponenten; und
- 12 eine schematische perspektivische Darstellung der Antriebsvorrichtung in einem fast fertigmontierten Zustand derselben.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in den 1 bis 12 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Antriebsvorrichtung ist Bestandteil eines als Ganzes mit 102 bezeichneten Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens.
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Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst einen Antriebsmotor 104, welcher insbesondere als Elektromotor 106 ausgebildet ist.
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Der Antriebsmotor 104 umfasst eine Antriebswelle 108, einen Stator 110 und einen Rotor 112.
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Der Stator 110 ist mit einem Gehäuse 114 der Antriebsvorrichtung 100 drehfest verbunden.
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Der Rotor 112 des Antriebsmotors 104 ist drehfest mit der Antriebswelle 108 verbunden.
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Die Antriebswelle 108 und der mit der Antriebswelle 108 verbundene Rotor 112 sind relativ zu dem Gehäuse 114 und dem Stator 110 drehbar, insbesondere drehbar relativ zueinander gelagert.
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Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst hierzu insbesondere mindestens zwei Lagervorrichtungen 116, beispielsweise Kugellager.
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Der Rotor 112 und die Antriebswelle 108 sind insbesondere um eine Rotationsachse 118 der Antriebsvorrichtung 100 drehbar.
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Aufgrund der Ausbildung des Antriebsmotors 104 als Elektromotor 106 kann durch Anlegen eines elektrischen Stroms ein Drehmoment an der Antriebswelle 108 erzeugt werden, welches insbesondere auf (nicht dargestellte) Räder des Fahrzeugs 102 zum Antreiben des Fahrzeugs 102 übertragbar ist.
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Umgekehrt kann ein Drehmoment, welches von den Rädern des Fahrzeugs 102 auf die Antriebsvorrichtung 100 übertragen wird, mittels des Antriebsmotors 104 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt werden.
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Der Antriebsmotor 104 kann somit auch als Generatorvorrichtung dienen.
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Insbesondere zur Klimatisierung eines (nicht dargestellten) Fahrzeuginnenraums des Fahrzeugs 102 umfasst das Fahrzeug 102 vorzugsweise eine Kompressorvorrichtung 120, insbesondere eine Klimakompressorvorrichtung 122.
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Wie insbesondere den 4 bis 6 zu entnehmen ist, ist die Kompressorvorrichtung 120 im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und umfasst zwei die Kompressorvorrichtung 120 in axialer Richtung seitlich begrenzende Grundelemente 124.
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Die Grundelemente 124 sind dabei so geformt und ausgebildet, dass mittels der Grundelemente 124 im montierten Zustand derselben ein scheibenförmiger Kolbenraum 126 gebildet ist, in welchem eine Kolbenvorrichtung 128 der Kompressorvorrichtung 120 angeordnet ist.
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Die Kolbenvorrichtung 128 umfasst ein Exzenterelement 130 und ein Kolbenelement 132.
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Das Exzenterelement 130 ist mit einer Kompressorwelle 134 der Kompressorvorrichtung 120 drehfest verbunden, so dass durch ein Antreiben der Kompressorwelle 134 das Exzenterelement 130 in Rotation versetzbar ist.
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Das Exzenterelement 130 weist eine bezüglich der Rotationsachse 118 exzentrische äußere Kreisform auf.
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Das Kolbenelement 132 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist einen Innendurchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Exzenterelements 130 entspricht.
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Das Kolbenelement 132 ist somit auf dem Exzenterelement 130 oder das Exzenterelement 130 umgebend anordenbar.
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Aufgrund der exzentrischen Ausgestaltung des Exzenterelements 130 ist das Kolbenelement 132 bei einer Bewegung des Exzenterelements 130 um die Rotationsachse 118 in einer exzentrischen Bewegung um die Rotationsachse 118 bewegbar.
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Das Kolbenelement 132 umfasst eine Aufnahme 136 zur Aufnahme einer Ventilvorrichtung 138 der Kompressorvorrichtung 120.
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Die Ventilvorrichtung 138 umfasst insbesondere ein im Wesentlichen quaderförmiges Ventilelement 140, welches einen Einlass 142 und einen Auslass 144 umfasst.
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Das Ventilelement 140 erstreckt sich im montierten Zustand der Kompressorvorrichtung 120 durch eine Durchtrittsöffnung 146 hindurch, welche in einer durch ein Grundelement 124 gebildeten Kolbenraumwandung 148 des Kolbenraums 126 ausgebildet ist.
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Das Ventilelement 140 umfasst ferner ein Ventilfederelement 150, mittels welchem eine Fluidverbindung zwischen dem Einlass 142 und dem Auslass 144 des Ventilelements 140 freigebbar und blockierbar ist.
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Wie insbesondere aus den 5 und 6 hervorgeht, wird das Ventilelement 140 bei einer Bewegung des Kolbenelements 132 um die Rotationsachse 118 einerseits beispielsweise in vertikaler Richtung zyklisch nach oben und nach unten bewegt, andererseits aber auch seitlich verkippt.
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Um bei diesem seitlichen Verkippen eine Abdichtfunktion zwischen dem Ventilelement 140 und der Kolbenraumwandung 148 zu gewährleisten, ist die Durchtrittsöffnung 146 zumindest abschnittweise gekrümmt ausgebildet, so dass zwei im Wesentlichen komplementär hierzu ausgebildete Stabilisierungselemente 152 längs der Durchtrittsöffnung 146 abdichtend bewegbar sind.
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Zwischen den Stabilisierungselementen 152 ist dabei das Ventilelement 140 abdichtend aufnehmbar.
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Die Kompressorvorrichtung 120 umfasst ferner eine Einlassöffnung 154 und eine Auslassöffnung 156.
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Durch die Einlassöffnung 154 ist der Kompressorvorrichtung 120 ein Fluid zuführbar, welches mittels der Kompressorvorrichtung 120 komprimierbar und/ oder antreibbar und schließlich durch die Auslassöffnung 156 hindurch abfühbar ist.
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Im Sinne eines möglichst vibrationsarmen Betriebs der Kompressorvorrichtung 120 ist das Exzenterelement 130 einerseits mit einer Aussparung 158 versehen, mittels welcher die Masse des Exzenterelements 130 reduziert wird.
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Ferner ist ein Gegengewicht 160 für das Exzenterelement 130 und/oder das Kolbenelement 132 vorgesehen, um eine Unwucht der rotierenden Bauteile der Kompressorvorrichtung 120 möglichst zu minimieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Kompressorvorrichtung 120 direkt mechanisch mit dem Antriebsmotor 104 kuppelbar ist.
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In diesem Fall wäre ein Betrieb der Kompressorvorrichtung 120 nur bei gleichzeitigem Betrieb des Antriebsmotors 104 der Antriebsvorrichtung 100 möglich.
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Um einen Betrieb der Kompressorvorrichtung 120 auch unabhängig von dem Antriebsmotor 104 zu ermöglichen, umfasst die Antriebsvorrichtung 100 einen Hilfsmotor 162, insbesondere einen Kompressormotor 164.
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Mittels des Hilfsmotors 162, insbesondere mittels des Kompressormotors 164, ist die Kompressorvorrichtung 120 vorzugsweise unabhängig von dem Antriebsmotor 104 antreibbar.
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Auch der Hilfsmotor 162 ist vorzugsweise als ein Elektromotor 106 ausgebildet.
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Der Hilfsmotor 162 umfasst somit ebenfalls einen Stator 110 und einen Rotor 112.
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Der Stator 110 ist vorzugsweise ebenfalls drehfest an dem Gehäuse 114 der Antriebsvorrichtung 100 angeordnet.
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Der Rotor 112 ist vorzugsweise ebenfalls um die Rotationsachse 118 drehbar.
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Zur Verbindung, insbesondere zur mechanischen Kupplung oder Kopplung des Hilfsmotors 162 mit der Kompressorvorrichtung 120, umfasst die Antriebsvorrichtung 100 eine Getriebevorrichtung 166, welche insbesondere ein Umlaufgetriebe 168 umfasst.
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Wie insbesondere 7 zu entnehmen ist, ist die Getriebevorrichtung 166 als ein sonnenradangetriebenes Getriebe ausgebildet.
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Der Hilfsmotor 162, insbesondere der Rotor 112 des Hilfsmotors 162, ist drehfest mit einem Sonnenrad 170 der Getriebevorrichtung 166 verbunden.
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Die Getriebevorrichtung 166 ist ferner eine planetenradträgerabtreibende Getriebevorrichtung 166. Hierzu ist die Kompressorwelle 134 der Kompressorvorrichtung 120 mit einem Planetenradträger 174 der Getriebevorrichtung 166 drehfest verbunden.
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Ein äußeres Hohlrad 176 der Getriebevorrichtung 166 ist schließlich mit dem Gehäuse 114 der Antriebsvorrichtung 100 drehfest verbunden.
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Mittels des Sonnenrads 170, Planetenrädern 178 der Getriebevorrichtung 166 und des Planetenradträgers 174 sowie mittels des äußeren Hohlrads 176 ist somit eine Drehbewegung des Hilfsmotors 162 auf die Kompressorvorrichtung 120 übertragbar.
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Die Getriebevorrichtung 166 ist insbesondere ein Untersetzungsgetriebe, so dass eine Drehzahl des Sonnenrads 170 größer ist als eine Drehzahl des Planetenradträgers 174.
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Beispielsweise kann eine Untersetzung zwischen ungefähr zwei und drei vorgesehen sein.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels der Getriebevorrichtung 166 eine Drehzahl von ungefähr 6.000 Umdrehungen pro Minute des Sonnenrads 170 auf eine Drehzahl von ungefähr 2.500 Umdrehungen pro Minute des Planetenradträgers 174 untersetzt wird.
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Aufgrund der Verwendung der Getriebevorrichtung 166 zur Verbindung des Hilfsmotors 162 mit der Kompressorvorrichtung 120 ist die Verbindung zwischen dem Hilfsmotor 162 und der Kompressorvorrichtung 120 eine permanente Verbindung.
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Insbesondere folgt hieraus, dass bei gewünschter Rotation der Kolbenvorrichtung 128 um die Rotationsachse 118 stets auch der Rotor 112 des Hilfsmotors 162 um die Rotationsachse 118 rotiert.
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Die Antriebsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Kupplungsvorrichtung 180, mittels welcher der Antriebsmotor 104 mit dem Hilfsmotor 162 und/oder mit der Kompressorvorrichtung 120 mechanisch kuppelbar ist.
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Wie insbesondere 8 zu entnehmen ist, umfasst die Kupplungsvorrichtung 180 hierzu eine erste Kupplungsplatte 182, welche auf Seiten des Hilfsmotors 162 angeordnet ist, und eine zweite Kupplungsplatte 184, welche auf Seiten des Antriebsmotors 104 angeordnet ist.
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Die erste Kupplungsplatte 182 umfasst mehrere Vorsprünge 186, mittels welchen die erste Kupplungsplatte 182 in einer senkrecht zur Rotationsachse 118 verlaufenden Richtung formschlüssig und somit drehfest mit dem Rotor 112 des Hilfsmotors 162 verbunden ist.
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Der Rotor 112 umfasst hierzu Ausnehmungen 188, in welchen die Vorsprünge 186 aufnehmbar sind.
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Die erste Kupplungsplatte 182 ist zumindest in geringem Umfang in einer parallel zur Rotationsachse 118 verlaufenden Richtung relativ zu dem Rotor 112 beweglich, insbesondere um mit der zweiten Kupplungsplatte 184 in Eingriff gebracht zu werden.
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Die formschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kupplungsplatte 182 und dem Rotor 112 wird mittels der Vorsprünge 186 und der Ausnehmung 188 trotz dieser Bewegungsmöglichkeit der ersten Kupplungsplatte 182 vorzugsweise stets aufrechterhalten.
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Die zweite Kupplungsplatte 184 ist mittels eines Formschlusselements 190 drehfest mit der Antriebswelle 108 der Antriebsvorrichtung 100 verbunden.
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Zudem ist die zweite Kupplungsplatte 184 in axialer Richtung, das heißt parallel zur Rotationsachse 118, relativ zu der Antriebswelle 108 festgelegt.
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Auf einer der ersten Kupplungsplatte 182 abgewandten Seite der zweiten Kupplungsplatte 184 sind ein Ankerelement 192, ein Elektromagnetelement 194 und ein Elektromagnetgehäuse 196 der Kupplungsvorrichtung 180 angeordnet.
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Das Elektromagnetelement 194 und das Elektromagnetgehäuse 196 sind ortsfest, insbesondere drehfest und bezüglich der Rotationsachse 118 in axialer Richtung an dem Gehäuse 114 der Antriebsvorrichtung 100 fixiert.
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Das Ankerelement 192 ist in axialer Richtung, das heißt parallel zur Rotationsachse 118, beweglich angeordnet.
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Insbesondere ist das Ankerelement 192 mittels einer Lagervorrichtung 116 an der ersten Kupplungsplatte 182 angeordnet und zusammen mit der ersten Kupplungsplatte 182 in axialer Richtung beweglich.
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Die erste Kupplungsplatte 182 und das Ankerelement 192 umgreifen dabei die zweite Kupplungsplatte 184.
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Das Ankerelement 192 ist insbesondere aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gebildet, so dass auf das Ankerelement 192 und die damit verbundene erste Kupplungsplatte 182 mittels des Elektromagnetelements 194 eine Kraft ausgeübt werden kann.
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Insbesondere ist das Ankerelement 192 zusammen mit der ersten Kupplungsplatte 182 in Richtung des Elektromagnetelements 194 ziehbar, wenn ein elektrischer Strom durch das Elektromagnetelement 194 hindurchgeleitet wird.
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Die erste Kupplungsplatte 182 kann somit in Richtung der zweiten Kupplungsplatte 184 bewegt und mit derselben in Eingriff gebracht, insbesondere an derselben angelegt, werden.
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Bei aktiviertem Elektromagnetelement 194 ist somit die erste Kupplungsplatte 182 mit der zweiten Kupplungsplatte 184 gekuppelt.
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Der Hilfsmotor 162 und der Antriebsmotor 104 sind dabei mechanisch miteinander verbunden.
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Folglich existiert in diesem Aktivzustand des Elektromagnetelements 194 auch eine mechanische Kupplung zwischen dem Antriebsmotor 104 und der Kompressorvorrichtung 120.
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Deaktiviert man das Elektromagnetelement 194, so gelangt die erste Kupplungsplatte 182 mit der zweiten Kupplungsplatte 184 außer Eingriff.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsvorrichtung 180 hierzu mehrere Federelemente 198 und mehrere Federelementaufnahmen 200 umfasst, mittels welchen die Kupplungsplatten 182, 184 bei deaktiviertem Elektromagnetelement 194 auseinandergedrückt werden können.
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Die Kupplung zwischen dem Antriebsmotor 104 einerseits und dem Hilfsmotor 162 und der Kompressorvorrichtung 120 andererseits ist dann wieder aufgehoben.
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Wie insbesondere den 1, 11 und 12 zu entnehmen ist, sind bei der beschriebenen Antriebsvorrichtung 100 die Kompressorvorrichtung 120, der Hilfsmotor 162 und der Antriebsmotor 104 in einem gemeinsamen Gehäuse 114 angeordnet.
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Die Antriebsvorrichtung 100 ist somit besonders kompakt ausgebildet.
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Zudem kann die Antriebsvorrichtung 100 besonders effizient die zur Verfügung stehende elektrische und/oder mechanische Energie nutzen.
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Die vorstehend beschriebene Antriebsvorrichtung 100 funktioniert insbesondere wie folgt:
- Bei der Verwendung der Antriebsvorrichtung 100 in einem Fahrzeug 102 dient die Antriebsvorrichtung 100 dem Antreiben, insbesondere dem Beschleunigen, des Fahrzeugs 102.
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Mittels des Antriebsmotors 104 kann hierzu ein Drehmoment erzeugt werden, welches mittels der Antriebswelle 108 auf ein (nicht dargestelltes) Rad oder auf mehrere Räder des Fahrzeugs 102 übertragbar ist, um das Fahrzeug 102 in Bewegung zu versetzen.
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Ferner kann mittels der Antriebsvorrichtung 100 insbesondere bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs 102 zur Rekuperation der kinetischen Energie des Fahrzeugs 102 ein Drehmoment von dem Rad oder den Rädern des Fahrzeugs 102 mittels der Antriebswelle 108 auf den Antriebsmotor 104 übertragen werden, um den Antriebsmotor 104 als Generatorvorrichtung zu nutzen und die eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
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Die elektrische Energie kann dann insbesondere in einer (nicht dargestellten) Batterievorrichtung, insbesondere Akkumulatorvorrichtung, gespeichert werden.
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Der Hilfsmotor 162 kann einerseits völlig unabhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs 102 verwendet werden, um die Kompressorvorrichtung 120 anzutreiben.
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In diesem Fall ist die Kupplungsvorrichtung 180 deaktiviert, so dass keine mechanische Verbindung zwischen dem Antriebsmotor 104 und dem Hilfsmotor 162 besteht.
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Mittels des Hilfsmotors 162 kann dann nach Bedarf die Kompressorvorrichtung 120 angetrieben werden, insbesondere um einem Innenraum des Fahrzeugs 102 zuzuführende Luft zu kühlen, zu heizen und/oder zu entfeuchten.
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Mittels der Kupplungsvorrichtung 180 kann jedoch auch bei Bedarf und/oder zur Effizienzoptimierung des Fahrzeugs 102 eine mechanische Kupplung zwischen dem Antriebsmotor 104 und dem Hilfsmotor 162 hergestellt werden.
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Der Hilfsmotor 162 kann dann beispielsweise dazu genutzt werden, das mittels des Antriebsmotors 104 zum Antreiben des Fahrzeugs 102 erzeugte Drehmoment noch zu erhöhen.
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Der Hilfsmotor 162 kann somit als ein Boost-Motor der Antriebsvorrichtung 100 dienen.
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In diesem Fall wird die Kompressorvorrichtung 120 beispielsweise durch Kurzschließen des Fluidkreislaufs der Kompressorvorrichtung 120 deaktiviert, so dass sämtliche zur Verfügung stehende Energie und Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs 102 verwendet werden kann.
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Insbesondere bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs 102 kann bei aktivierter Kupplungsvorrichtung 180 das über die Räder und die Antriebswelle 108 in die Antriebsvorrichtung 100 eingeleitete Drehmoment zum Antreiben der Kompressorvorrichtung 120 genutzt werden.
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Die Kompressorvorrichtung 120 wird somit unmittelbar durch Verwendung mechanischer, insbesondere kinetischer, Energie angetrieben. Die elektrischen Energiereserven des Fahrzeugs 102 werden somit trotz der Nutzung der Kompressorvorrichtung 120 geschont.
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Durch die Integration der Kompressorvorrichtung 120, des Hilfsmotors 162 und des Antriebsmotors 104 in ein gemeinsames Gehäuse 114 und durch die Möglichkeit der bedarfsweisen Kupplung des Hilfsmotors 162 und der Kompressorvorrichtung 120 einerseits mit dem Antriebsmotor 104 andererseits mittels der Kupplungsvorrichtung 180 kann somit sehr flexibel auf unterschiedliche Betriebszustände des Fahrzeugs 102 reagiert werden, um die zur Verfügung stehende elektrische und/oder kinetische Energie optimal zu nutzen.
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Die Antriebsvorrichtung 100 und folglich auch das Fahrzeug 102 sind somit besonders energieeffizient betreibbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antriebsvorrichtung
- 102
- Fahrzeug
- 104
- Antriebsmotor
- 106
- Elektromotor
- 108
- Antriebswelle
- 110
- Stator
- 112
- Rotor
- 114
- Gehäuse
- 116
- Lagervorrichtung
- 118
- Rotationsachse
- 120
- Kompressorvorrichtung
- 122
- Klimakompressorvorrichtung
- 124
- Grundelement
- 126
- Kolbenraum
- 128
- Kolbenvorrichtung
- 130
- Exzenterelement
- 132
- Kolbenelement
- 134
- Kompressorwelle
- 136
- Aufnahme
- 138
- Ventilvorrichtung
- 140
- Ventilelement
- 142
- Einlass
- 144
- Auslass
- 146
- Durchtrittsöffnung
- 148
- Kolbenraumwandung
- 150
- Ventilfederelement
- 152
- Stabilisierungselement
- 154
- Einlassöffnung
- 156
- Auslassöffnung
- 160
- Gegengewicht
- 162
- Hilfsmotor
- 164
- Kompressormotor
- 166
- Getriebevorrichtung
- 168
- Umlaufgetriebe
- 170
- Sonnenrad
- 174
- Planetenradträger
- 176
- Hohlrad
- 178
- Planetenrad
- 180
- Kupplungsvorrichtung
- 182
- erste Kupplungsplatte
- 184
- zweite Kupplungsplatte
- 186
- Vorsprung
- 188
- Ausnehmung
- 190
- Formschlusselement
- 192
- Ankerelement
- 194
- Elektromagnetelement
- 196
- Elektromagnetgehäuse
- 198
- Federelement
- 200
- Federelementaufnahme
