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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der
DE 10 2005 035 824 A1 bekannt.
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Für viele Antriebsaufgaben in einem Kraftfahrzeug werden kombinierte Antriebssysteme verwendet. Dabei bedeutet kombiniert in diesem Sinn, dass eine Hauptantriebsmaschine zur Verfügung steht, welche den Antriebsstrang im Regelbetrieb mit Antriebsleistung versorgt. Darüber hinaus steht noch eine Zusatzantriebsmaschine zur Verfügung, welche dazu eingerichtet ist, den Antriebsstrang instantan mit zusätzlicher Leistung zu versorgen. Ein solches Antriebssystem ermöglicht es beispielsweise, die Hauptantriebsmaschine auf einen schmalen Betriebsbereich auszulegen und dadurch eine hohe Effizienz zu erreichen, die anfallenden Lastspitzen werden mit der Zusatzantriebsmaschine abgedeckt, somit ist eine gute Dynamik und eine hohe Effizienz erreichbar. Am Beispiel eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug erläutert kann dies bedeuten, dass die Verbrennungskraftmaschine (Hauptantriebsmaschine) für die Überlandfahrt mit konstanter Geschwindigkeit ausgelegt ist. Ein zusätzlicher Elektromotor (Zusatzantriebsmaschine) ist dafür ausgelegt, dynamische Antriebsanforderungen abzudecken und dient beispielsweise beim Überholen (Kickdown-Beschleunigung) dazu, die zusätzliche Antriebsleistung bereitzustellen.
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In Bezug auf die Zusatzantriebsmaschine kann zwischen zwei Grundtypen solcher Antriebssysteme unterschieden werden. Zum einen sind das solche Antriebssystem, bei welchen die Zusatzantriebsmaschine während des Betriebs der Hauptantriebsmaschine mit dieser mit rotiert, da beide Antriebsmaschinen zwangsgekoppelt sind. Und zum anderen sind das solche Antriebssysteme, bei welchen die Zusatzantriebsmaschine während des Betriebs der Hauptantriebsmaschine stillsteht.
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Während mit der ersten Art dieser Antriebssystem eine besonders gute Dynamik erreichbar ist, da die Trägheitsmasse der Zusatzantriebsmaschine nicht aus dem Stillstand beschleunigt zu werden braucht, kann mit der zweiten Art eine besonders gute Effizienz erzielt werden, weil die Zusatzantriebsmaschine stillsteht und insbesondere keine Schleppverluste verursacht. Darüber hinaus werden die Lagerstellen und andere Bauteile der Zusatzantriebsmaschine der zweiten Art weniger beansprucht, da bei diesen eine geringere Lastwechselzahl auftritt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung mit einer verbesserten Effizienz und guten dynamischen Ansprechverhalten bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Hauptantriebsmaschine insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung, ein elektromechanischer Energiewandler, eine hydraulische Antriebsmaschine oder eine Strömungsmaschine zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Zusatzantriebsmaschine ein Energiewandler zu verstehen, welcher zur Abgabe einer mechanischen Leistung in Form von Drehzahl und Drehmoment eingerichtete ist. Vorzugsweise ist die Zusatzantriebsmaschine dazu eingerichtet über ihre Antriebswelle (Zusatzantriebswelle) auch eine mechanische Leistung aufzunehmen. Bevorzugt ist die Zusatzantriebsmaschine als hydraulische Antriebsmaschine (Motor/Pumpe) ausgeführt. Bevorzugt ist die Zusatzantriebsmaschine als elektromechanischer Energiewandler ausgeführt, vorzugsweise als Elektromotor/Generator. Bezogen auf die abgebbare Leistung, insbesondere die Spitzen- oder bevorzugt die Nennleistung, ist die Zusatzantriebsmaschine vorzugsweise kleiner als die Hauptantriebsmaschine, vorzugsweise höchsten 3/4 so groß, bevorzugt höchstens halb so groß und besonders bevorzugt höchstens 1/3 so groß. Die Zusatzantriebsmaschine weist vorzugsweise eine mechanische Bremseinrichtung auf, mittels welcher ein unplanmäßiges rotieren dieser verhinderbar ist.
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Weiter vorzugsweise ist Zusatzantriebsmaschine größer oder gleich groß wie die Hauptantriebsmaschine, vorzugsweise ist diese höchsten 3 mal so groß, bevorzugt höchstens 2 mal so groß und besonders bevorzugt höchstens 1,5 mal so groß. Die Zusatzantriebsmaschine weist vorzugsweise eine mechanische Bremseinrichtung auf, mittels welcher ein unplanmäßiges rotieren dieser verhinderbar ist.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche zum Beeinflussen der Drehmomentübertragung von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite dieser eingerichtet ist. Vorzugsweise weist eine Drehmomentübertragungseinrichtung einen ersten Betriebszustand auf, in welchem im Wesentlichen kein Drehmoment übertragbar ist und einen zweiten Betriebszustand, in welchem ein Drehmoment übertragbar ist. Weiter vorzugsweise ist die Drehmomentübertragungseinrichtung durch interne oder externe Steuerbefehle zwischen diesen beiden Betriebsmodi hin- und her-schaltbar.
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Vorzugswiese ist unter einem internen Steuerbefehl eine Drehzahl- oder Drehmomentdifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen. Vorzugsweise ist unter einem externen Steuerbefehl ein von außen vorgebbarer Steuerbefehl zu verstehen, welcher zum Umschalten (Wechsel der Betriebsmodi) der Drehmomentübertragungseinrichtung führt.
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Weiter vorzugsweise ist die Drehmomentübertragungseinrichtung aus einer Gruppe von Einrichtungen ausgewählt, welche wenigstens folgende Einrichtungen aufweist:
- – Kupplung,
- – Bremse,
- – Synchronisierung,
- – Freilauf und
- – Drehmomentwandler.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeeinrichtung eine Einrichtung zum Übertragen und vorzugsweise Wandeln von mechanischer Leistung (Drehzahl/Drehmoment) zu verstehen. Vorzugsweise ist eine Getriebeeinrichtung ein Zugmittel- oder bevorzugt Rädergetriebe und besonders bevorzugt ein Zahnradgetriebe.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Umlaufgetriebeeinrichtung eine Getriebeeinrichtung mit wenigstens drei Wellen von welchen wenigstens zwei oder drei rotierbar gelagert sind zu verstehen. Weiter vorzugsweise weist eine Umlaufgetriebeeinrichtung wenigstens einen Planetenradsatz auf. Ein Planetenradsatz weist wenigstens ein Hohlrad, ein Sonnenrad und ein, vorzugsweise mehrere, Planetenräder auf. Weiter vorzugsweise weist eine Umlaufgetriebeeinrichtung einen Planetenradträger oder Steg zur Lagerung wenigstens eines Planetenrades, vorzugsweise aller, auf. Zur Ermittlung der Übersetzung i12 der Umlaufgetriebeeinrichtung wird vorzugsweise die Drehzahl des Planetenradträgers nsteg = 0 vorgegeben (Standübersetzung).
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Getriebeanschluss ein Bereich, insbesondere einer Getriebewelle, zu verstehen, der zur Abgabe/Aufnahme einer mechanischen Leistung zur Getriebeeinrichtung hin oder von dieser weg eingerichtet ist. Vorzugsweise ist unter einem Getriebanschluss ein Abschnitt, insbesondere Endabschnitt einer Getriebewelle zu verstehen, weiter vorzugsweise ist ein Getriebeanschluss zum Ausbilden einer Welle-Nabeverbindung eingerichtet. Vorzugsweise kann ein Getriebeanschluss auch innerhalb eines Gehäuses angeordnet sein und ist in einem solchen Fall von außerhalb des Gehäuses nicht zugänglich oder wenigsten nicht unmittelbar erkennbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebewelle der Getriebeeinrichtung ein Bauteil zu verstehen, eine mechanische Leistung (Drehzahl/Drehmoment) im Bezug auf die Getriebeeinrichtung oder von der Getriebeeinrichtung übertragbar ist. Weiter vorzugsweise ist unter einer Getriebewelle ein Bauteil zu verstehen, welches zur Übertragung einer mechanischen Leistung (Drehzahl/Drehmoment) innerhalb der Getriebeeinrichtung eingerichtet ist. Vorzugsweise ist eine Getriebewelle wenigstens abschnittsweise als Vollwelle oder Hohlwelle ausgeführt.
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Vorzugsweise ist der erste Getriebeanschluss mit dem Hohlrad verbindbar, beziehungsweise steht mit diesem in Verbindung, bevorzugt mit dem Planetenradträger (Steg) und weiter vorzugsweise mit dem Sonnenrad. Vorzugsweise ist die zweite Getriebewelle mit dem Planetenradträger verbindbar beziehungsweise steht mit diesem in Verbindung, bevorzugt mit dem Sonnenrad und weiter vorzugsweise mit dem Hohlrad. Vorzugsweise ist der dritte Getriebeanschluss mit dem Sonnenrad verbindbar beziehungsweise steht mit diesem in Verbindung, vorzugsweise mit dem Hohlrad und weiter vorzugsweise mit dem Planetenradträger. Insbesondere durch die entsprechende Wahl der Verbindung von erstem, zweitem und drittem Getriebeanschluss mit den weiteren Elementen der Umlaufgetriebeeinrichtung ist eine einfache Anpassung der Übersetzung dieser ermöglicht und effizienter Betrieb der Antriebsvorrichtung ist erreichbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Schwungradspeicher eine Einrichtung zur, insbesondere kurzfristigen, Speicherung von mechanischer Energie zu verstehen. Vorzugsweise weist ein Schwungradspeicher zur Speicherung der Energie einen rotierbar gelagerten Körper auf, insbesondere ein sogenanntes Schwungrad. Zur Speicherung der Energie wird das Schwungrad in Rotation versetzt. Vorzugsweise weist der Schwungradspeicher eine Welle zum Antreiben des Schwungrades beziehungsweise zum Abgeben der gespeicherten Energie auf.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der instantanen Drehmomentbereitstellung die Bereitstellung eines Drehmoments durch die Antriebsvorrichtung zu verstehen, vorzugsweise die zeitlich begrenzte Bereitstellung. Vorzugsweise wird dieses Drehmoment zusätzlich zu einem bereits von einer weiteren Antriebsmaschine bereitgestellten Antriebsdrehmoment zusätzlich bereitgestellt.
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Im Sinne der Erfindung ist unter „zur Leistungsübertragung verbunden sein” zu verstehen, dass die zu übertragende Leistung auf mechanischem Weg übertragen wird. Vorzugsweise wird diese Leistung mittels Wellen, bevorzugt mittels Zugmittelgetrieben und besonders bevorzugt mittels Rädergetrieben, ganz besonders bevorzugt mittels Zahnradgetrieben übertragen oder weiter vorzugsweise mit einer Kombination der zuvor genannten Mittel. Eine solche Anordnung zur Leistungsübertragung kann insbesondere als Antriebsstrang oder als Teil eines Antriebsstrangs verstanden werden.
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Insbesondere durch die Kopplung der Zusatzantriebsmaschine mit einer Getriebeeinrichtung und einer Schwungradspeichereinrichtung und der erfindungsgemäß Kopplung dieser Elemente ist eine besonders effiziente und dynamische Antriebsvorrichtung darstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotationsträgheitsmasse des Schwungradspeichers aus einem bestimmten Bereich ausgewählt. Dieser Bereich der Rotationsträgheitsmasse JJ des Schwungradspeichers ist vorzugsweise größer als 0,01 kg/m2, vorzugsweise größer 0,05 kg/m2 und bevorzugt größer 0,15 kg/m2 und weiter vorzugsweise ist dieser Bereich kleiner als 1 kg/m2, vorzugsweise kleiner 0,5 kg/m2 und besonders bevorzugt kleiner als 0,3 kg/m2. Insbesondere durch die Wahl der Rotationsträgheitsmasse JJ des Schwungradspeichers aus dem zuvor genannten Bereich ist es ermöglicht, dass der Schwungradspeicher einerseits eine geringe Masse (Gewicht) aufweist und andererseits ausreichend große Energiemengen zum Verbessern der dynamischen Eigenschaften der Antriebsvorrichtung in diesem abspeicherbar sind. Insbesondere durch diese Auswahl ist eine besonders gute Dynamik und hohe Effizienz der Antriebsvorrichtung erreichbar.
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Im ersten Betriebsmodus steht die Zusatzantriebswelle still, d. h. in der Zusatzantriebsmaschine entstehen keine Schleppverluste. Weiter wird dem Schwungradspeicher Leistung aus der Getriebeeinrichtung zugeführt, insbesondere ist darunter auch das Zuführen von Leistung zum Überwindend von Schleppverlusten im Schwungradspeicher zu verstehen. Vorzugsweise wird dem Schwungradspeicher Leistung zum konstant Halten oder bevorzugt zum Erhöhen der Drehzahl des Schwungradspeichers zugeführt. Ein Schwungradspeicher weist insbesondere geringere Schleppverluste auf, als eine Zusatzantriebsmaschine im Leerlauf. Durch das Stillstehen der Zusatzantriebsmaschine und das Rotieren des Schwungradspeichers ist in diesem Betriebsmodus ein Wirkungsgradvorteil erzielbar und somit kann die Effizenz gesteigert und eine verbesserte Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden.
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Im zweiten Betriebsmodus rotiert die Zusatzantriebswelle. Es ist dadurch ermöglicht, dass die Antriebsvorrichtung Leistung über den dritten Getriebeanschluss abgibt. Insbesondere beim Wechsel vom ersten in den zweiten Betriebsmodus muss die Zusatzantriebsmaschine bis zum Erreichen ihrer Zieldrehzahl beschleunigen. Neben der Zusatzantriebsmaschine gibt auch der Schwungradspeicher Leistung an die Getriebeinrichtung ab. Die Getriebeinrichtung arbeitet im diesem zweiten Betriebsmodus wenigstens zeitweise als Summiergetriebe zum Summieren der vom Schwungradspeicher und von der Zusatzantriebsmaschine bereitgestellten Leistung. Bildlich gesprochen kann der Schwungradspeicher die Zusatzantriebsmaschine beim Hochlaufen (Beschleunigung) unterstützen und führt zu einem schnelleren Hochlaufen dieser. Insbesondere die Leistungsabgabe aus dem Schwungradspeicher in diesem Betriebmodus führt zum Verbessern der dynamischen Eigenschaften der Antriebsvorrichtung und so ist eine verbesserte Antriebsvorrichtung darstellbar. in einer bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeeinrichtung eine Umlaufgetriebeeinrichtung mit wenigstens einem Planetenrad, vorzugsweise mehreren Planetenrädern, einem Planetenradträger zum Lagern der Planetenräder, einem Hohlrad und einem Sonnenrad. Insbesondere Umlauf- und Planetengetriebe sind wohl bekannte mechanische Einrichtungen und werden häufig als Summiergetriebe im Bereich der Antriebstechnik verwendet, so dass insbesondere mit einer solchen Einrichtung eine verbesserte Antriebsvorrichtung erreichbar ist.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform findet die Antriebseinrichtung Anwendung beim Antreiben einer Turbineneinrichtung, vorzugsweise eines Verdichters oder bevorzugt eines Turboladers. Mit der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung ist es ermöglicht, dass eine Turbinenwelle, welche während ihres planmäßigen Betriebs mit hoher Drehzahl rotiert und dabei dem Schwungradspeicher Energie zuführt, antreibbar ist. Um eine gute Dynamik derartiger Turbinen zu erreichen sind diese häufig mit einem Zusatzantrieb ausgestattet, dabei rotiert die Zusatzantriebsmaschine in der Regel mit der Turbinenwelle mit und verursacht zum einen Schleppverluste und ist zum anderen hohen Lastwechselzahlen unterworfen. Durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist es ermöglicht die Zusatzantriebsmaschine im planmäßigen Betrieb (Trubinenwelle rotiert) stillzusetzten. Zum Beschleunigen der Turbinenwelle wird die Antriebsvorrichtung in den zweiten Betriebsmodus versetzt dadurch wird der Schwungradspeicher verlangsamt und die Zusatzantriebswelle beschleunigt. Insbesondere durch den Schwungradspeicher ist die Zeitspanne bis die Zusatzantriebsmaschine die Drehzahl der Trubinenwelle erreicht hat sehr kurz.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform findet die Antriebseinrichtung Anwendung zum Antrieb eines Aggregats, welches üblicherweise im Nebenantrieb einer Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angetrieben wird, vorzugsweise einem Verdichter, einer Pumpe, bevorzugt einem Kältemittelverdichter, einer Lenkpumpe oder einer Kühlmittelpumpe, besonders bevorzugt einer Wasserpumpe.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Getriebeanschluss mit dem Sonnenrad verbindbar, der zweite Getriebeanschluss mit dem Hohlrad und der dritte Getriebeanschluss mit dem Planetenradträger. Dabei ist am ersten Getriebeanschluss der Schwungradspeicher anbindbar, am zweiten Getriebeanschluss die Zusatzantriebsmaschine und der dritte Getriebeanschluss dient zur Leistungsabgabe oder -aufnahme für diese Antriebsvorrichtung. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere diese Art der Anbindung vorteilhaft für eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist denn dadurch ist eine verbesserte Antriebsvorrichtung erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Getriebeanschluss mit dem Hohlrad verbindbar. Der zweite Getriebeanschluss mit dem Sonnenrad und der dritte Getriebeanschluss mit dem Planetenradträger. Dabei ist am ersten Getriebeanschluss vorzugsweise der Schwungradspeicher anbindbar, am zweiten Getriebeanschluss die Zusatzantriebsmaschine und der dritte Getriebeanschluss dient zur Leistungsabgabe oder -aufnahme dieser Antriebsvorrichtung. Insbesondere diese Art der Anbindung hat sich in Untersuchungen als vorteilhaft erwiesen und damit ist eine verbesserte Antriebsvorrichtung darstellbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen auf. Vorzugsweise ist eine Drehmomentübertragungseinrichtung als Freilauf ausgeführt, weiter vorzugsweise ist ein solcher Freilauf als Klemmrollenfreilauf, bevorzugt als Klemmrollenfreilauf, bei dem die Klemmrollen während der Rotation des Freilaufs abheben können und sich dadurch ein besonders geringer Verlust einstellt ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist eine der beiden Drehmomentübertragungseinrichtungen als Kupplungseinrichtung ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist der Freilauf durch eine Kupplungseinrichtung überbrückbar, d. h. dass die Eingangsseite und die Ausgangsseite dieses Freilaufs drehmomentleitend miteinander verbindbar sind. Insbesondere durch die Art der beschriebenen Drehmomentübertragungseinrichtungen ist ein besonders geringer Verlust und damit eine hohe Effizienz der Antriebsvorrichtung erreichbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schwungradspeicher ein rotierbar gelagertes Schwungrad auf. Dieses rotierbare Schwungrad weist wenigstens abschnittsweise eine radial größere Erstreckung als die Zusatzantriebsmaschine auf, vorzugsweise ist dieses wenigstens abschnittsweise radial außerhalb der Zusatzantriebsmaschine angeordnet.
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Das Anordnen wenigstens des Schwungrads radial außerhalb der Zusatzantriebsmaschine bietet sich vorzugsweise für Zusatzantriebsmaschinen an, welche ihre Nennleistung bei besonders hohen Drehzahlen abgeben können. In diesem Zusammenhang sind derartige Zusatzantriebsmaschinen mit hohen Drehzahlen, als Antriebsmaschinen zu verstehen, die ihre Nennleistung bei einer Drehzahl von vorzugsweise mehr als 5.000 1/min, bevorzugt bei mehr als 8.000 1/min und besonders bevorzugt bei mehr als 10.000 1/min abgeben. Weiter vorzugsweise wird die Nennleistung solcher Zusatzantriebsmaschinen bei weniger als 50.000 1/min und bevorzugt bei weniger als 35.000 1/min und besonders bevorzugt bei weniger als 25.000 1/min abgegeben.
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Weiter vorzugsweise überdeckt dieses Schwungrad die Zusatzantriebsmaschine wenigstens abschnittsweise in Richtung seiner Rotationsachse (Längsrichtung). Bildlich gesprochen, ist die Zusatzantriebsmaschine wenigstens abschnittsweise innerhalb des Schwungrades angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Zusatzantriebsmaschine weitgehend vollständig innerhalb des Schwungrades angeordnet. Insbesondere durch die beschriebene geometrische Ausprägung des Schwungrades in Bezug auf die Zusatzantriebsmaschine lässt sich ein besonders kompakter Aufbau der Antriebsvorrichtung realisieren, welcher sich insbesondere positiv auf die Dynamik der Antriebsvorrichtung auswirkt.
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Unter einem Antriebsstrang ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine Hauptgetriebeeinrichtung, insbesondere eine schaltbare Hauptgetriebeeinrichtung (Schaltgetriebe), und eine Hauptantriebsmaschine, sowie eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung aufweist. Vorzugsweise ist die Hauptantriebsmaschine dazu eingerichtet, Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen, welche sich bei der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs ergeben, bereitzustellen. Unter derartigen Fahrwiderständen sind insbesondere Luft- und Rollreibung, sowie Steigungswiderstände zu verstehen.
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Unter einer Hauptgetriebeeinrichtung im Sinne der Erfindung ist eine Einrichtung die zum Leiten und Wandeln der von der Hauptantriebsmaschine zur Verfügung gestellten Antriebsleistung eingerichtet ist zu verstehen. Die Hauptgetriebeeinrichtung weist wenigstens eine Hauptgetriebeeingangswelle und eine Hauptgetriebeausgangswelle auf. Vorzugsweise können diese Hauptgetriebeeingangswelle und diese Hauptgetriebeausgangswelle koaxial oder bevorzugt achsparallel zueinander angeordnet sein. Unter der Hauptgetriebeeingangswelle ist insbesondere diejenige Getriebewelle zu verstehen, mit welcher die Antriebsleistung von der Hauptantriebsmaschine in diese Hauptgetriebeeinrichtung geleitet wird. Unter der Hauptgetriebeausgangswelle ist insbesondere die Getriebewelle zu verstehen, mit welcher die Antriebsleistung aus der Hauptgetriebeeinrichtung ausgeleitet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Antriebsstrang die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung auf, welche mit der Hauptgetriebeausgangswelle koppelbar ist. In diesem Fall ist die Hauptantriebsmaschine insbesondere mit der Hauptgetriebeeingangswelle koppelbar. Eine derartige Konstellation bietet insbesondere den Vorteil, dass die von der Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellte instantane Antriebsleistung nicht durch das Hauptgetriebe übertragen werden muss und dementsprechend keine Verluste für diesen Leistungsanteil anfallen. Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung koaxial zur Hauptgetriebeausgangswelle angeordnet.
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Weiter vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung achsparallel zur Hauptgetriebeausgangswelle angeordnet. Insbesondere durch eine koaxiale Anordnung wird ein besonders platzsparender Aufbau des Antriebsstrangs ermöglicht. Insbesondere durch eine achsparallele Anordnung der Antriebsvorrichtung zur Hauptgetriebeausgangwelle ist eine zusätzliche Anpassung der Antriebsvorrichtung an das Hauptgetriebe mittels einer Räderkette oder mittels eines Zugmittelgetriebes ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hauptantriebsmaschinen und die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit der Hauptgetriebeeingangswelle koppelbar. Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung koaxial oder bevorzugt achsparallel zur Hauptgetriebeeingangswelle angeordnet. Weiter vorzugsweise ergibt sich insbesondere in diesem Fall durch die achsparallele Anordnung der Antriebsvorrichtung zur Hauptgetriebeeingangswelle die Möglichkeit einer Anpassung dieser an die Anforderungen der Hauptgetriebeeingangswelle mittels einer Räderkette oder mittels eines Zugmittelgetriebes. Insbesondere durch die koaxiale Anordnung der Antriebsvorrichtung zur Hauptgetriebeeingangswelle ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau eines derartigen Antriebsstrangs. Insbesondere durch die Anordnung der Hauptantriebsmaschine und der Antriebsvorrichtung an einer Hauptgetriebewelle ist es ermöglicht, besonders verlustarm Leistung von der Hauptantriebsmaschine auf die Antriebsvorrichtung und umgekehrt zu übertragen. Die nachfolgend dargestellten Figuren zeigen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in teilweise schematisierter Darstellung.
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Dabei zeigt:
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1 eine Prinzipdarstellung mit Anbindung der Antriebsvorrichtung an der Hauptgetriebeausgangswelle,
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2 eine Prinzipdarstellung der Antriebsvorrichtung bei welchem die Schwungmasse die Zusatzantriebsmaschine teilweise überdeckt,
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3 eine Prinzipdarstellung mit Anbindung der Antriebsvorrichtung an der Hauptgetriebeausgangswelle,
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4 eine Prinzipdarstellung mit Anbindung der Antriebsvorrichtung direkt im Achsantrieb eines Kraftfahrzeugs.
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In 1 ist die Anbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung an die Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 der Hauptgetriebeeinrichtung SG dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine VM ist über eine Kupplung K0 mit der Hauptgetriebeeingangswelle 1.1 koppelbar. Der Abtrieb des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) erfolgt über die Hauptgetriebeausgangswelle 1.2, den Achsantrieb 6 und ein Differenzialgetriebe 5 auf die Rad-Reifen-Kombinationen 4. Die Antriebsvorrichtung weist einen elektromechanischen Energiewandler M als Zusatzantriebsmaschine sowie einen Schwungradspeicher J auf. Der Schwungradspeicher J weist ist mittels der Schwungradwelle J.1 mit dem Freilauf F verbunden. Über eine Kupplung K sind das Sonnenrad 1 und das Hohlrad 2 miteinander verbindbar. Die Planetenräder P sind auf dem Planetenradträger S gelagert, dieser ist mit der Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 verbunden. Durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist es ermöglicht, dass die Verbrennungskraftmaschine VM die „normale” Antriebsleistung aufbringt und für diesen Leistungsbereich optimiert ist. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung wird zum Aufbringen zusätzlicher Antriebsleistung, bspw. Beschleunigen oder Überwinden einer Steigung, eingesetzt. Durch die Kombination aus Zusatzantriebsmaschine, hier der elektromechanische Energiewandler M, mit dem Schwungradspeicher J, ist eine besonders gute Dynamik für dieses Antriebsvorrichtung ermöglicht.
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Weiter ist es mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ermöglicht, für die Fahrzeuginsassen eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung der Hauptgetriebeeinrichtung SG zu ermöglichen. Für eine Schaltung wird in der Regel die Verbrennungskraftmaschine VM von der Hauptgetriebeeinrichtung SG abgekoppelt. Die Hauptgetriebeeinrichtung SG wird dann lastfrei in die gewünschte Gangstufe geschaltet. Bei diesem Schaltvorgang wird das von der Verbrennungskraftmaschine VM nicht mehr aufgebrachte Drehmoment von der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung direkt auf die Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 aufgebracht. Insbesondere dadurch entsteht für die Fahrzeuginsassen der Eindruck einer zugkraftunterbrechungsfreien Schaltung.
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Weiter ist es ermöglicht, dass der elektromechanische Energiewandler M zur Rekuperation von Leistung, insbesondere während Bremsvorgängen des Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Dazu wird die Antriebsvorrichtung durch die Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 angetrieben. Die Getriebeeinrichtung (1, S, 2) der Antriebsvorrichtung ermöglicht es, den elektromechanischen Energiewandler M im Bedarfsfall (Rekuperation) zuzuschalten, und ansonsten weitgehend still stehen zu lassen und damit keine unnötigen Verluste zu produzieren. Beim Zuschalten des elektromechanischen Energiewandlers M verringert sich die Drehzahl des Schwungradspeichers J und die Drehzahl des elektromechanischen Energiewandlers M steigt an. Durch die aus dem Schwungradspeicher J zur Verfügung gestellte Leistung beschleunigt der elektromechanische Energiewandler M wesentlich schneller als ohne den Schwungradspeicher J.
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In 2 ist eine Antriebsvorrichtung dargestellt, die an die Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 der Hauptgetriebeeinrichtung SG angebunden ist. Das in 2 dargestellte Antriebssystem entspricht weitgehend dem in 1 dargestellten Antriebssystem, so dass nachfolgend weitgehend auf die Unterschiede zwischen diesen beiden Systemen eingegangen wird.
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Das Anordnen des Schwungradspeichers J radial außerhalb der Zusatzantriebsmaschine M bietet sich insbesondere für Zusatzantriebsmaschinen M an, welche ihre Nennleistung erst bei hohen Drehzhalen abgeben. Der Schwungradspeicher ist für solche sog. Hochdrehzahlzusatzantriebsmaschinen mit dem Hohlrad 2 verbunden. Der Abtrieb aus der Antriebsvorrichtung erfolgt über den Planetenradträger S, dieser ist mit der Hauptgetriebeausgangswelle 1.2 gekoppelt. Die Zusatzantriebsmaschine M ist über das Sonnenrad 1 an die Getriebeeinrichtung (1, S, 2) der Antriebsvorrichtung angebunden. Der Schwungradspeicher J kann sich über den Freilauf F an einer Gehäuseeinrichtung (nicht dargestell) abstützen, so dass die Drehung des Schwungradspeichers in einer Richtung blockierbar ist. Der Freilauf F kann auch als Bremse oder als sperr-/entsperrbarer Freilauf ausgebildet sein, so dass die Drehung des Schwungradspeichers durch Steuerbefehle steuerbar ist.
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In 3 ist ein Antriebsstrang mit einer Antriebsvorrichtung dargestellt. Die in 3 dargestellten Elemente sind bereits aus den 1 und 2 bekannt, sind jedoch für das in 3 dargestellte Antriebssystem anders angeordnet/kombiniert. Nachfolgend wird weitgehend auf die Unterschiede zwischen den in 1 und 2 dargestellten Antriebssystemen zu dem in 3 dargestellten Antriebssystem eingegangen.
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Bei dem in 3 dargestellten Antriebssystem, ist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung an der Hauptgetriebeeingangswelle 1.1 angebunden. Durch die Anbindung auf der gleichen Hauptgetriebewelle (1.1, 1.2) ist eine besonders verlustarme Leistungsübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine VM und der Antriebsvorrichtung darstellbar. Der Schwungradspeicher J kann sich über einen Freilauf F oder eine Bremse B oder ein kombiniertes System aus Freilauf und Bremse F/B gegenüber einem Gehäuse (nicht dargestellt) abstützten.
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In
4 ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einem Achsantrieb dargestellt. Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung weist der Achsantrieb ein Differenzialgetriebe
5 auf. Die Antriebsvorrichtung weist einen Schwungradspeicher J und eine Zusatzantriebsmaschine M auf. Das Sonnenrad
1 ist über die Kupplung K mit dem Hohlrad
2 verbindbar. Durch eine Verbindung von Sonnenrad
1 und Hohlrad
2 läuft das Getriebe (
1, S,
2) „en bloc” (keine Abwälzbewegung zwischen
1, P,
2) um. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung gibt ihre Antriebsleistung über den Planetenradträger S an das Differenzialgetriebe
5 weiter. Der Schwungradspeicher J kann sich über einen Freilauf F und/oder die Bremse B an einem Gehäuse (nicht dargestellt) abstützen. Die Antriebsleistung wird vom Differenzialgetriebe
5 an die Rad-Reifen-Kombinationen
4 weitergegeben. Das Differenzialgetriebe
5 ist über ein Zwischengetriebe
7, welches als Umlaufgetriebe ausgeführt ist, mit dem Planetenradträger S verbunden. Durch dieses Zwischengetriebe
7 ist eine weitere Anpassung der Antriebsvorrichtung an die Lastanforderungen des Kraftfahrzeugs ermöglicht. In einem solchen Fall kann die Antriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug Verwendung finden, bei welchem zwei Achsen unabhängig voneinander angetrieben werden. Dabei kann die erste Achse (nicht dargestellt) von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden und die zweite Achse wird, wie dargestellt, mit der erfindungsgemäß Antriebsvorrichtung versehen. Bezugszeichenliste:
| VM | Verbrennungskraftmaschine |
| M | Zusatzantriebsmaschine, elektromechanischer Energiewandler oder hydraulischer Energiewandler |
| J | Schwungradspeicher |
| J.1 | Schwungradwelle |
| KO | Kupplung (erste Drehmomentübertragungseinrichtung) |
| K | Kupplung |
| K.1 | Kupplung |
| F | Freilauf |
| B | Bremse |
| 2 | Hohlrad |
| P | Planetenrad |
| 1 | Sonnenrad/Sonne |
| S | Steg |
| SG | Schaltgetriebe/Hauptgetriebe |
| 1.1 | Hauptgetriebe Eingangswelle |
| 1.2 | Hauptgetriebe Ausgangswelle |
| 3 | Achsgetriebe |
| 4 | Rad/Reifenkombination |
| 5 | Differentialgetriebe |
| 6 | Achsantrieb |
| 7 | Zwischengetriebe |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005035824 A1 [0001]
