DE102013222445A1

DE102013222445A1 - Schwungmassenspeicher

Info

Publication number: DE102013222445A1
Application number: DE102013222445.1A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Glassner
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-07-31
Also published as: WO2014114774A1

Abstract

Beschrieben wird ein Schwungmassenspeicher für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem drehbar gelagertem Schwungrad (SR), einem Elektromotor (EM) sowie einem Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges, wobei Schwungrad (SR) und Elektromotor (EM) über ein Summiergetriebe (SG) auf eine Summenwelle, ein mit dem Antrieb des Fahrzeuges verbundenes Getriebeglied (RSW, RSR) wirken, wobei über das Summiergetriebe (SG) das Schwungrad (SR) vom Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowie dem Elektromotor (EM) her treibbar ist und das Fahrzeug, das Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowohl vom Schwungrad (SR) sowie vom Elektromotor (EM) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwungmassenspeicher für ein Kraftfahrzeug nach der Art von Anspruch 1.
Schwungmassenspeicher in Kraftfahrzeugen dienen der vorzugsweise kurzzeitigen Speicherung kinetischer Energie. Das Schwungrad ist über ein Getriebe mit dem Fahrzeugantrieb gekoppelt und wird bspw. während eines Bremsvorganges oder bei Bergabfahrten, im Schubbetrieb aufgeladen. Die gespeicherte kinetische Energie ist dabei proportional dem Trägheitsmoment des Schwungmassenkörpers sowie dem Quadrat der Drehzahl. Die Rückführung der kinetischen Energie erfolgt über Einkuppeln des Schwungrades in den Antriebsstrang. Bekannt ist hierzu insbesondere die Verwendung von schaltbaren Getrieben zwischen Antriebstrakt des Fahrzeuges und dem Schwungrad.
Die AT 271 557 B beschreibt einen Schwungmassenantrieb für ein Kraftfahrzeug. In einem gasdicht geschlossenen Gehäuse ist ein Schwungrad drehbar gelagert und über seine horizontal orientierte Achse mit einer elektrischen Maschine vereinigt.
Die DE 2 757 619 A1 sowie die US 4 233 858 A zeigen einen Fahrzeugantrieb mit Schwungrad als Leistungsquelle. Ein Schwungrad wirkt mit zwei elektrischen Maschinen zusammen. Eine der Maschinen wirkt auf die Antriebsräder, eine weitere Maschine dient dem Aufladen des Schwungrades bzw. dem genaratorischen Laden einer Batterie.
Aus der DE 42 00 824 A1 ist ein dynamoelektrischer Schwungradspeicher mit Sollbruchstelle bekannt.
Die DE 2009 047 729 A1 zeigt einen Schwungradantrieb mit einem Schwungrad in einem Gehäuse, einem Planetengetriebe sowie einer Kupplung, mittels der das Hohlrad gegenüber dem Gehäuse kuppelbar ist.
Schwungmassenantriebe für Kraftfahrzeuge mit Planetengetrieben zeigen die EP 066 579 B1 , die FR 2962180 A1 sowie die US 8 006 794 B2 . Bei der GB 2 476 676 B ist das Schwungradsystem über separat kuppelbare Getriebe auf einen Antrieb schaltbar.
Die EP 2 170 642 B1 beschreibt einen Antriebsstrang einer Getriebevorrichtung mit variablen Übersetzungsverhältniss. Ein Drei-Wege-Leistungsverzweigungsgetriebe wirkt mit einem Schwungrad und einem Elektromotor zusammen. Parallel bzw. in Reihe zur elektrischen Maschine ist eine schaltbare Bremse angeordnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiterbildung eines Schwungmassenspeichers für ein Kraftfahrzeug, so dass sich eine Verbesserung gegenüber den bekannten Ausführungen ergibt, insbesondere eine Verbesserung in der Ausnutzung der speicherbaren Energie.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruches. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgesehen ist somit ein Schwungmassenspeicher für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem drehbar gelagertem Schwungrad, einem Elektromotor sowie einem Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges, wobei Schwungrad und Elektromotor über ein Summiergetriebe auf eine Summenwelle, ein mit dem Antrieb des Fahrzeuges verbundenes Getriebeglied wirken, wobei über das Summiergetriebe das Schwungrad vom Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowie dem Elektromotor her treibbar ist und das Fahrzeug, das Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowohl vom Schwungrad sowie vom Elektromotor antreibbar ist.
Weiterbildend ist insbesondere vorgesehen:

– das Summiergetriebe ist als Planetengetriebe ausgebildet.
– das Summiergetriebe ist zwischen Schwungrad und der elektrischen Maschine angeordnet.
– die Wellen des Schwungrades und der elektrischen Maschine liegen in einer Achse mit dem Summiergetriebe.
– die Wellen von Schwungrad und elektrischer Maschine wirken über je ein Ritzel auf je ein nach Art eines Planetenrades getragenes Rad, wobei die Summenwelle durch den Träger der Planeten gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus einem drehbar gelagertem Schwungrad, einem Elektromotor sowie einem An- und Abtriebsgleid des Kraftfahrzeuges. Schwungrad und Elektromotor wirken über ein Summiergetriebe auf ein mit dem Antrieb des Fahrzeuges verbundenes Getriebeglied. Durch das Summiergetriebe wirken zwei Getriebeteile treibend, das dritte Getriebeteil wird durch die beiden anderen getrieben.
Erfindungsgemäß ist der kinetische Energiespeicher (Schwungmassenspeicher) mit einer Summierungsvorrichtung, einer ersten Welle eines Summiergetriebes verbunden. Der Elektromotor, die elektrische Maschine ist mit der zweiten Eingangswelle des Summiergetriebes verbunden. Über die dritte Getriebewelle (die Ausgangswelle) des Summiergetriebes, über den An- und Abtrieb des Getriebes erfolgt die Kopplung zum Antrieb des Kraftfahrzeuges. Der Elektromotor vermag so den Energieinhalt des Speichers stufenlos zu verstellen und in elektrische Energie zu wandeln. Entsprechend wird der Elektromotor gesteuert.
Durch das Summiergetriebe kann das Schwungrad über den Antrieb des Fahrzeuges (Schubbetrieb) und den Elektromotor getrieben, aufgeladen werden. Bei Stillstand des Elektromotors treibt dann nur der Fahrzeugantrieb, die Verbrennungskraftmaschine das Schwungrad und läd so den Schwungmassenspeicher auf. Letztlich kann der Elektromotor als Generator Energie des Fahrzeuges und/der des Schwungrades in Strom wandeln und so für einen längeren Zeitraum speichern.
Die Energie des Schwungrades kann mit der Drehzahl des Elektromotors auf den Fahrzeugantrieb geleitet werden. Der Elektromotor steht mit einem Umrichter und einer Steuerung in Verbindung, durch welche die Bestromung entsprechend vorgenommen wird. So ist insbesondere die dem Schwungrad entnehmbare Energie einer Batterie zuführbar, die Schwungradenergie wird somit elektrisch gespeichert und kann zu einem späteren Zeitpunkt zur Beaufschlagung des Elektromotors genutzt werden. Der Elektromotor kann dann den Fahrzeugantrieb direkt unterstützen (elektrischer Zusatzantieb) oder er bewirkt die Aufladung des Schwungrades. Die jeweils vorzunehmende Ansteuerung wird bevorzugt aus der aktuellen Fahrsituation abgeleitet.
Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist somit gebildet aus einem Schwungrad, einer elektrischen Maschine und einer Summierungsvorrichtung. Die Summierungsvorrichtung ist vorzugsweise ein dreiwelliges Getriebe. Ein Glied dient der Ein- und Auskopplung der kinetischen Energie der Schwungmasse, ein Glied dient der Ein- und Auskopplung elektrischer Energie, das dritte Glied ist die Summenwelle, welches mit dem An-/Abtrieb des Energiespeichers verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Getriebe als Planetengetriebe ausgeführt. Das Planetengetriebe ist ein Minusgetriebe-Planetengetriebe mit negativer Standübersetzung. Die Drehrichtung des kinetischen Koppelgliedes ist der des elektrischen Koppelgliedes entgegengesetzt.
Die Maximaldrehzahl des Schwungrades wird bei Maximaldrehzahl der Summenwelle und entgegengesetzt gerichteter Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine erreicht.
Die Summenwelle ist mit einer Getriebeübersetzung, vorzugsweise Stirnradstufe mit einer Triebwelle, dem Fahrzeugtrieb verbunden. Dadurch ist eine stufenlose Verstellung der Drehzahl des Schwungrades und somit des Energieinhaltes des kinetischen Speichers möglich. Insbesondere kann eine Kupplung zur bedarfsweisen Abkopplung des Energiespeichers kann entfallen. Auch sind Getriebestufen und Schaltvorrichtungen zur Regelung des Ladezustandes des Speichers ebenfalls entbehrlich.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt eine horizontal angeordnete Ausführung des erfindungsgemäßen Energiespeichers.
Ein Schwungrad SR ist über eine erste Welle W1 mit einem Ritzel R1 eines Summiergetriebes SG verbunden.
Die Welle W2 eines Elektromotors EM wirkt über ein zweites Ritzel R2 als zweite Welle in das Summiergetriebe SG. Ritzel R1 der ersten Welle W1 und Ritzel R2 der zweiten Welle W2 wirken mit je einem Planetenrad P1, P2 zusammen, welche über ein nicht dargestelltes Rad miteinander gekoppelt sind. Die Träger der Planetenräder P1, P2 sind mit einer koaxial zur Welle W1 angeordneten, unabhängig von dieser drehbaren Summenwelle SW gekoppelt. Diese Summenwelle SW weist das mit dem Fahrzeugtrieb verbundene Summenritzel RSW auf.
2 zeigt eine vertikal orientierte Anordnung. Die Funktion der mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Bauteile ist unter 1 beschrieben. Das Summiergetriebe SG ist hier zu einem Großteil im Rotor des Schwungrades SR angeordnet. Dies ergibt eine kurze Bauhöhe. Der Träger der Planetenräder P1, P2 sitzt koaxial und drehbar gelagert auf der Welle W2 des Elektromotors EM und ist direkt als Summenrad SRS ausgebildet.
Bezugszeichenliste

SR

Schwungrad

W1

erste Welle, Schwungrad

W2

zweite Welle, Elektromotor

EM

Elektromotor

SG

Summiergetriebe

RSW

Ritzel Summenwelle

SW

Summenwelle

RSR

Summenrad

R1

Ritzel Welle W1

R2

Ritzel Welle W2

P1

Planetenrad zu R1

P2

Planetenrad zu P2

PT

Träger der Planetenräder

K

antriebswirksame Kopplung

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

AT 271557 B [0003]
DE 2757619 A1 [0004]
US 4233858 A [0004]
DE 4200824 A1 [0005]
DE 2009047729 A1 [0006]
EP 066579 B1 [0007]
FR 2962180 A1 [0007]
US 8006794 B2 [0007]
GB 2476676 B [0007]
EP 2170642 B1 [0008]

Claims

Schwungmassenspeicher für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem drehbar gelagertem Schwungrad (SR), einem Elektromotor (EM) sowie einem Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges, wobei Schwungrad (SR) und Elektromotor (EM) über ein Summiergetriebe (SG) auf eine Summenwelle, ein mit dem Antrieb des Fahrzeuges verbundenes Getriebeglied (RSW, RSR) wirken, wobei über das Summiergetriebe (SG) das Schwungrad (SR) vom Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowie dem Elektromotor (EM) her treibbar ist und das Fahrzeug, das Antriebsgleid des Kraftfahrzeuges sowohl vom Schwungrad (SR) sowie vom Elektromotor (EM) antreibbar ist.
Schwungmassenspeicher nach Anspruch 1, das Summiergetriebe (SG) ist als Planetengetriebe ausgebildet.
Schwungmassenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, das Summiergetriebe (SG) ist zwischen Schwungrad (SR) und der elektrischen Maschine (EM) angeordnet.
Schwungmassenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, die Wellen (W1, W2) des Schwungrades (SR) und der elektrischen Maschine (EM) liegen in einer Achse.
Schwungmassenspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche, die Wellen (W1, W2) von Schwungrad (SR) und elektrischer Maschine (EM) wirken über je ein Ritzel (R1, R2) auf je ein nach Art eines Planetenrades getragenes Rad (P1, P2), wobei die Summenwelle (RSW, RSR) durch den Träger (PT) der Planetenräder (P1, P2) gebildet ist.