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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Es sind bereits Antriebsvorrichtungen bekannt, welche mehrere miteinander wirkschlüssig verbundene mechanische Getriebestufen aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 8 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus, von einer Antriebsvorrichtung mit zumindest einer ersten Getriebestufe und zumindest einer zweiten Getriebestufe, welche wirkschlüssig miteinander verbunden sind.
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Es wird vorgeschlagen, dass die erste Getriebestufe als eine Magnetgetriebestufe ausgebildet ist. Die Wendungen „erste“ und „zweite“ sollen hier keine Anordnung der Getriebestufen innerhalb der Antriebsvorrichtung implizieren, insbesondere im Hinblick auf einen Kraftfluss, sondern dienen lediglich einer einfachen und eindeutigen Unterscheidung der Getriebestufen. Unter einer „Antriebsvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche zu einer Erzeugung und/oder Übertragung und/oder Wandlung einer Bewegung, insbesondere einer Drehbewegung, vorgesehen ist. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Getriebestufe” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit eines Getriebes verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Beitrag zu einer Einleitung einer Drehbewegung und/oder eines Drehmoments in das Getriebe und/oder zu einer Ausleitung der Drehbewegung und/oder des Drehmoments aus dem Getriebe und/oder zu einer Übertragung der Drehbewegung und/oder des Drehmoments innerhalb des Getriebes zu leisten. Darunter, dass die erste Getriebestufe und die zweite Getriebestufe „wirkschlüssig miteinander verbunden sind“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abtriebswelle einer der Getriebestufen zu einer Übertragung einer Drehbewegung insbesondere zumindest im Wesentlichen drehfest mit einer Antriebswelle zumindest einer weiteren Getriebestufe verbunden ist. Unter einer „Magnetgetriebestufe“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Getriebestufe mit zumindest einer Antriebswelle und mit zumindest einer Abtriebswelle verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, eine Größe und/oder eine Richtung einer Drehbewegung umzuformen, wobei eine Kraftübertragung zwischen der zumindest einen Antriebswelle und der zumindest einen Abtriebswelle insbesondere zumindest teilweise berührungslos mittels zumindest eines Magnetfelds erfolgt. Insbesondere weist die erste Getriebestufe und vorzugsweise auch die zweite Getriebestufe ein von eins verschiedenes Übersetzungsverhältnis auf.
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Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine Steigerung eines Wirkungsgrads erreicht werden.
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Ferner kann ein Bauraum der Antriebsvorrichtung vorteilhaft gering gehalten werden. Des Weiteren kann eine vorteilhaft hohe Zuverlässigkeit erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die zweite Getriebestufe als eine mechanische Getriebestufe ausgebildet ist. Unter einer „mechanischen Getriebestufe“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Getriebestufe verstanden werden, bei welcher eine Drehmomentübertragung ausschließlich mittels mechanischer Elemente, beispielsweise mittels Zahnrädern, erfolgt. Hierdurch können Material- und/oder Herstellungskosten vorteilhaft reduziert werden. Ferner kann ein Aufbau der Antriebsvorrichtung vorteilhaft vereinfacht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass eine Antriebswelle der ersten Getriebestufe dazu vorgesehen ist, insbesondere drehfest, mit einer Abtriebswelle eines vorzugsweise als Elektromotor ausgebildeten Motors verbunden zu werden. Insbesondere ist die zweite Getriebestufe der ersten Getriebestufe, insbesondere unmittelbar, mechanisch nachgeschaltet. Insbesondere ist eine Abtriebswelle der ersten Getriebestufe, insbesondere drehfest, mit einer Antriebswelle der zweiten Getriebestufe verbunden. Hierdurch kann ein von dem Motor erzeugtes Drehmoment vorteilhaft einfach in die als eine Magnetgetriebestufe ausgebildete Getriebestufe eingekoppelt werden. Ferner kann die als mechanische Getriebestufe ausgebildete und der ersten Getriebestufe nachgeschaltete zweite Getriebestufe vorteilhaft gegen eine Überlast geschützt werden.
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Vorzugsweise ist der Motor dazu vorgesehen, bei einer Drehzahl von zumindest 5000 U/min, insbesondere von zumindest 10000 U/min, vorzugsweise von zumindest 15000 U/min, vorteilhaft von zumindest 20000 U/min und besonders vorteilhaft von zumindest 25000 U/min betrieben zu werden. Hierdurch können bei vorteilhaft geringem Bauraum der Antriebseinheit ein hoher Wirkungsgrad und/oder ein vorteilhaft hohes Drehmoment erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Getriebestufe ein höheres Übersetzungsverhältnis als die zweite Getriebestufe aufweist. Vorteilhaft weist die erste Getriebestufe ein Übersetzungsverhältnis von zumindest 20, vorzugsweise von zumindest 40, vorteilhaft von zumindest 80 und besonders vorteilhaft von zumindest 160 auf. Hierdurch können vorteilhaft hohe Drehzahlen des Motors ermöglicht werden, wodurch wiederum insbesondere ein hoher Wirkungsgrad und/oder ein hohes Drehmoment erreicht werden können. Insbesondere kann für die mechanische zweite Getriebeeinheit eine deutlich reduzierte Drehzahl bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtung zumindest eine dritte Getriebeeinheit aufweist, welche wirkschlüssig mit der ersten Getriebeeinheit und der zweiten Getriebeeinheit verbunden ist. Insbesondere ist neben der ersten und der zweiten Getriebestufe eine beliebige Anzahl weiterer, insbesondere als mechanische Getriebestufen ausgebildeter Getriebestufen denkbar. Hierdurch können vorteilhaft flexibel beliebige Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die erste Getriebeeinheit, insbesondere im Hinblick auf ein Übersetzungsverhältnis und/oder einen Leerlauf, schaltbar ausgebildet ist. Insbesondere ist die erste Getriebeeinheit diskret in einer oder mehreren Stufen oder kontinuierlich schaltbar. Insbesondere kann die Getriebeeinheit eine Struktureinheit umfassen, welche zumindest zwei kammartig ausgebildete und zueinander korrespondierende Strukturelemente aufweist. Unter einer „Struktureinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine zumindest teilweise eine Bauform und/oder eine Baugröße der Getriebeeinheit bestimmende Basiseinheit der Getriebeeinheit verstanden werden. Insbesondere kann die Struktureinheit dazu vorgesehen sein, weitere Einheiten und/oder Elemente der Getriebeeinheit aufzunehmen. Die Struktureinheit kann insbesondere zumindest teilweise aus einem unmagnetischen oder weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch bestehen. Unter einem „kammartig ausgebildeten Strukturelement“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, welches eine insbesondere kreisringförmige Basis und eine Vielzahl an zumindest im Wesentlichen senkrecht an der Basis angeformten Vorsprüngen aufweist. Der Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung definieren, wobei die Richtung und die Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene betrachtet, einen Winkel von 90° einschließen und der Winkel eine maximale Abweichung von insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Insbesondere sind die Vorsprünge in Umfangsrichtung äquidistant zueinander beabstandet angeordnet. Darunter, dass die zumindest zwei Strukturelemente zueinander „korrespondierend“ ausgebildet sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Vorsprünge jeweils derart an den Strukturelementen angeordnet sind, dass diese in einem montierten Zustand jeweils in Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen des jeweils anderen Strukturelements eingreifen. Vorzugsweise bestehen die Strukturelemente zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch. Ferner kann die Getriebeeinheit zumindest eine Magneteinheit aufweisen, welche dazu vorgesehen ist, die Strukturelemente zu magnetisieren. Unter einer „Magneteinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche zu einer dauerhaften oder temporären Erzeugung eines magnetischen Flusses vorgesehen ist. Die Magneteinheit ist bezüglich einer Erzeugung eines magnetischen Flusses vorzugsweise schaltbar ausgebildet. Die Magneteinheit kann insbesondere zumindest zwei Magnetelemente umfassen, von denen zumindest eines zu einer zumindest weitgehenden Eliminierung eines äußeren magnetischen Felds der Getriebeeinheit ummagnetisierbar ist. Unter einem „äußeren Magnetfeld der Getriebeeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein die Getriebeeinheit umgebendes und insbesondere von der Getriebeeinheit ausgehendes magnetisches Feld verstanden werden. Unter einer „weitgehenden Eliminierung des äußeren magnetischen Felds“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine magnetische Feldstärke des äußeren Magnetfelds der Getriebeeinheit um zumindest 85 %, vorzugsweise um zumindest 90 %, vorteilhaft um zumindest 95 % und besonders vorteilhaft um zumindest 98 % reduziert wird. Unter einem „Magnetelement“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein permanentmagnetisches und/oder insbesondere schaltbares elektromagnetisches Element verstanden werden. Darunter, dass ein Magnetelement „ummagnetisierbar“ ist, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine magnetische Polarisierung des Magnetelements ganz oder zumindest teilweise aufhebbar und/oder zumindest teilweise oder vollständig umkehrbar ist. Insbesondere ist zumindest eines der Magnetelemente derart ummagnetisierbar, dass sich die Magnetfelder der zumindest zwei Magnetelemente zumindest weitestgehend gegenseitig aufheben. Hierdurch kann vorteilhaft einfach ein äußeres Magnetfeld der Getriebeeinheit zumindest weitestgehend eliminiert werden, wodurch insbesondere eine Abschaltbarkeit der Magnetgetriebevorrichtung ermöglicht werden kann. Hierdurch kann eine vorteilhaft flexible Anpassung der ersten Getriebeeinheit erfolgen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, welche zumindest eine erste Getriebestufe und zumindest eine zweite Getriebestufe umfasst, welche wirkschlüssig miteinander verbunden sind, und einen Motor umfasst, welcher als ein Elektromotor ausgebildet ist und welcher mit einer Antriebswelle der ersten Getriebestufe verbunden ist, wobei der Motor mit einer Drehzahl von zumindest 5000 U/min, insbesondere von zumindest 10000 U/min, vorzugsweise von zumindest 15000 U/min, vorteilhaft von zumindest 20000 U/min und besonders vorteilhaft von zumindest 25000 U/min betrieben wird. Hierdurch können bei vorteilhaft geringem Bauraum ein hoher Wirkungsgrad und/oder ein vorteilhaft hohes Drehmoment erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Antriebsvorrichtung mit einer als Magnetgetriebestufe ausgebildeten ersten Getriebestufe, einer als mechanische Getriebestufe ausgebildeten zweiten Getriebestufe und einer dritten Getriebestufe und
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2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Magnetgetriebestufe.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 10. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine erste Getriebestufe 12, eine zweite Getriebestufe 14 und eine dritte Getriebestufe 30. Die Getriebestufen 12, 14, 30 sind wirkschlüssig miteinander verbunden. Die erste Getriebestufe 12 ist als eine Magnetgetriebestufe 16 ausgebildet. Die zweite Getriebestufe 14 und/oder die dritte Getriebestufe 30 sind jeweils als eine mechanische Getriebestufe 18, 32 ausgebildet. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung 10 weitere Getriebestufen, insbesondere mechanische Getriebestufen und/oder Magnetgetriebestufen, umfassen.
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Die erste Getriebestufe 12 weist ein Übersetzungsverhältnis von 20 oder größer auf. Dabei ist das Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe 12 höher, vorzugsweise um ein vielfaches höher, als ein Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe 14. Die erste Getriebestufe 12 ist, insbesondere hinsichtlich ihres Übersetzungsverhältnisses, schaltbar ausgebildet.
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Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung 10 einen Motor 24. Der Motor 24 ist vorzugsweise als ein Elektromotor 26 ausgebildet. Eine Abtriebswelle 22 des Motors 24 ist mit einer Antriebswelle 20 der ersten Getriebestufe 12 verbunden. Der Motor 24 ist dazu vorgesehen, mit einer Drehzahl von 5000 U/min oder höher betrieben zu werden.
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2 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der als Magnetgetriebestufe 16 ausgebildeten ersten Getriebestufe 12. Die erste Getriebestufe 12 weist eine erste Getriebeeinheit 34, eine zweite Getriebeeinheit 36 und eine dritte Getriebeeinheit 38 auf. Die Getriebeeinheiten 34, 36, 38 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Getriebeeinheit 34 ist als eine niedrig-polige Einheit 40 ausgebildet. Die zweite Getriebeeinheit 36 ist als ein Modulator 42 ausgebildet. Die dritte Getriebeeinheit 38 ist als eine hoch-polige Einheit 44 ausgebildet.
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Die Getriebeeinheiten 34, 36, 38 weisen jeweils eine Vielzahl an magnetischen Elementen 46, 48, 50 auf, welche jeweils in Umfangsrichtung bezüglich einer Drehachse 52 der Getriebeeinheiten 34, 36, 38 an einer Struktureinheit 54, 56, 58 der jeweiligen Getriebeeinheit 34, 36, 38 angeordnet sind. Die magnetischen Elemente 46, 48 der ersten Getriebeeinheit 34 und der dritten Getriebeeinheit 38 sind jeweils als permanentmagnetische Elemente 60, 62 ausgebildet, welche in Umfangsrichtung mit wechselnden Ausrichtungen bezüglich magnetischer Pole 64, 66 angeordnet sind. Die magnetischen Elemente 50 der zweiten Getriebeeinheit 36 bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch.
