-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem zum Koppeln eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einem Nebenaggregat und ein Antriebssystem für ein Fahrzeug.
-
Stand der Technik
-
Bei einem Fahrzeug sind die Nebenaggregate des Antriebssystems (wie etwa eine Wasserpumpe, ein Generator, ein Klimakompressor etc.) mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in der Regel mittels eines Antriebsriemens gekoppelt.
-
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, ein Nebenaggregat vom Verbrennungsmotor abzukoppeln. Dadurch kann das Nebenaggregat beispielsweise mit einem Riemenstartergenerator oder Boost-Rekuperations-Maschine oder allgemein mit einer elektrischen Maschine weiter betrieben werden. Beispielsweise kann bei einer Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums im Standbetrieb der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden und der Klimakompressor kann weiter durch eine elektrische Maschine betrieben werden. Auch können andere Funktionen der Nebenaggregate bei stehendem Verbrennungsmotor ausgeführt werden, beispielsweise ein Abkühlen des Motorblocks. In diesem Fall kann eine Wasserpumpe betrieben werden und der Bedarf für eine zusätzliche elektrische Wasserpumpe entfällt.
-
Um einen Antrieb eines Nebenaggregats vom Verbrennungsmotor zu entkoppeln, werden beispielsweise schaltbare Riemenscheiben mit integrierten Kupplungen eingesetzt. Damit können im Motorstillstand alle Nebenaggregate weiterhin betrieben werden. Dies ist insbesondere bei Mild-Hybrid-Fahrzeugen möglich, welche eine elektrische Maschine im Riementrieb verbaut haben. Zum Schallten der Kupplung wird eine elektronische Steuerung benötigt, um die Kupplung zu steuern. Weiter kann eine hydraulische Anbindung an ein Hydrauliksystem notwendig sein, das Druck zum Bewegen der Kupplung liefert.
-
Die
DE 10 2007 038 374 B4 zeigt eine Vorrichtung zum Antreiben eines Kältekompressors in einem Fahrzeug, bei der die Eingangswelle des Kältekompressors über eine Schaltkupplung mit einer Riemenscheibe gekoppelt und entkoppelt werden kann.
-
Die
DE 10 2009 006 354 A1 zeigt ein Drehmomentübertragungssystem zwischen einer Welle eines Verbrennungsmotors und einer Riemenscheibe, das beim Überschreiten einer Startdrehzahl des Verbrennungsmotors eine Kopplung zwischen der Welle und der Riemenscheibe löst.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, ein Nebenaggregat mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine zu koppeln, ohne dass eine Kupplung von außen angesteuert werden muss.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Kupplungssystem zum Koppeln eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einem Nebenaggregat, wie etwa einer Wasserpumpe, einem Klimakompressor und/oder einer Ölpumpe. Beispielsweise kann in einer ersten Betriebsart der Verbrennungsmotor über das Kupplungssystem das Nebenaggregat antreiben, das in einer zweiten Betriebsart, in der der Verbrennungsmotor von dem Nebenaggregat entkoppelt ist, von einer elektrischen Maschine angetrieben wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kupplungssystem eine Motorwelle zum Verbinden des Verbrennungsmotors mit dem Kupplungssystem und eine Aggregatswelle zum Verbinden des Nebenaggregats und eventuell einer elektrischen Maschine mit dem Kupplungssystem, das mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt sein kann. Optional kann das Kupplungssystem eine separate Maschinenwelle zum Verbinden des Kupplungssystems mit einer elektrischen Maschine aufweisen. Mit der elektrischen Maschine kann der Verbrennungsmotor gestartet und/oder das Nebenaggregat betrieben werden kann.
-
Weiter umfasst das Kupplungssystem eine Fliehkraftkupplung zum Verbinden der Motorwelle mit der Aggregatswelle, wobei die Fliehkraftkupplung dazu ausgeführt ist, oberhalb einer Minimaldrehzahl der Motorwelle die Motorwelle mit der Aggregatswelle zu koppeln. Eine Fliehkraftkupplung kann dabei eine Kupplung sein, bei der ein Kraftschluss zwischen der Motorwelle und der Aggregatswelle hergestellt wird, wenn sich die Motorwelle mit einer Drehzahl größer als der Minimaldrehzahl dreht. Dreht sich die Aggregatswelle und die Motorwelle steht still oder dreht sich mit einer Drehzahl kleiner als die Minimaldrehzahl, findet über die Fliehkraftkupplung kein Kraftschluss statt.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in der die elektrische Maschine beispielsweise über einen Antriebsriemen mit dem Nebenaggregat und der Aggregatswelle verbunden sein kann, umfasst das Kupplungssystem weiter eine Freilaufkupplung zum Verbinden der Motorwelle mit der Aggregatswelle, wobei die Freilaufkupplung dazu ausgeführt ist, bei einer ersten Drehrichtung der Aggregatswelle die Motorwelle mit der Aggregatswelle zu koppeln und bei einer entgegengesetzten Drehrichtung die Motorwelle und die Aggregatswelle zu entkoppeln. In diesem Fall kann die elektrische Maschine beispielsweise über einen Antriebsriemen mit dem Nebenaggregat und der Aggregatswelle verbunden sein.
-
Alternativ dazu gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, kann die Freilaufkupplung dazu ausgeführt sein, die Motorwelle derart mit der Maschinenwelle zu verbinden, dass bei einer ersten Drehrichtung der Maschinenwelle die Motorwelle mit der Maschinenwelle gekoppelt wird und bei einer entgegengesetzten Drehrichtung die Motorwelle und die Maschinenwelle entkoppelt werden.
-
Wird bei einer Freilaufkupplung, die die Motorwelle mit einer weiteren Welle (die Aggregatswelle oder die Maschinenwelle) koppelt, das Drehmoment von der Welle zu der Motorwelle in die erste Richtung übertragen, dann entsteht in der Freilaufkupplung ein Kraftschluss zwischen der Motorwelle und der weiteren Welle. Ist die Drehzahl der weiteren Welle in der ersten Richtung kleiner als die Drehzahl der Motorwelle oder dreht sich die weitere Welle in die zweite, entgegengesetzte Richtung, dann wird der Kraftschluss aufgehoben bzw. ist kein Kraftschluss zwischen der Motorwelle und der weiteren Welle vorhanden.
-
Ist die elektrische Maschine über einen Antriebsriemen und der Aggregatswelle oder mittels der Maschinenwelle über die Freilaufkupplung mit der Motorwelle gekoppelt, so kann die elektrische Maschine in die erste Drehrichtung den Verbrennungsmotor antreiben, beispielsweise um den Verbrennungsmotor zu starten oder zu boosten.
-
Dreht sich die elektrische Maschine in die entgegengesetzte Richtung und steht der Verbrennungsmotor oder dreht sich mit einer Drehzahl kleiner als die Minimaldrehzahl, gibt es keinen Kraftschluss zur Motorwelle, da die Freilaufkupplung geöffnet ist. Ist die elektrische Maschine über einen Antriebsriemen mit der Aggregatswelle oder andersartig mit dem Nebenaggregat gekoppelt, wird das Nebenaggregat über die elektrische Maschine angetrieben, obwohl der Verbrennungsmotor stehen kann.
-
Mit anderen Worten kann sich der Schaltungszustand des Kupplungssystems aus den Drehrichtungen und/oder Drehzahlen der Wellen bestimmen. Das Kupplungssystem kann rein mechanisch arbeiten und benötigt keine zusätzliche Ansteuerung oder hydraulische Anbindung. Auf diese Weise kann das Nebenaggregat rein mechanisch vom Verbrennungsmotor entkoppelt werden. Dadurch können eine Steuerung und Aktuierung entfallen.
-
Das Kupplungssystem kann beispielsweise zur Standklimatisierung eingesetzt werden. In diesem Fall kann ein mechanischer Klimakompressor als Nebenaggregat mit Hilfe der elektrischen Maschine betrieben werden, wenn der Verbrennungsmotor steht.
-
Auch kann der Motorblock bei Stillstand des Verbrennungsmotors gekühlt werden, wodurch eine Zusatzwasserpumpe entfallen kann.
-
Weiter ist es möglich, die elektrische Maschine abzukühlen, wenn diese luftgekühlt ist. Beispielsweise kann eine Klauenpolmaschine nach einer Rekuperation und dem Übergang in Motorstopp (wie etwa Anhalten an einer Ampel) beim stehenden Motor nicht abgekühlt werden, wenn diese mit der Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Mit dem Kupplungssystem kann die elektrische Maschine in ihre entgegengesetzte Richtung gedreht werden und sogar mit einer höheren Drehzahl als im Leerlauf, wenn ein entsprechendes Getriebe (wie das unten beschriebene Planetengetriebe) noch eine entsprechende Übersetzung zu einem Nebenaggregat (wie etwa einem weiteren Elektromotor) herstellt, das die elektrische Maschine in diesem Fall antreibt.
-
Das Kupplungssystem kann als Riemenscheibenkupplungssystem ausgeführt sein, d.h., auf einer oder mehrerer der Wellen kann sich jeweils eine Riemenscheibe befinden, über die die entsprechende Welle mit einem Antriebsriemen angetrieben werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorwelle die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Mit anderen Worten kann das Kupplungssystem direkt auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufgebaut sein. In diesem Fall kann auf der Aggregatswelle und/oder der Maschinenwelle eine Riemenscheibe vorgesehen sein.
-
Es kann aber auch möglich sein, dass die Motorwelle (beispielsweise über einen Flansch oder eine Muffe) mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Alternativ kann die Motorwelle eine Riemenscheibe zum Verbinden des Verbrennungsmotors mit dem Kupplungssystem mittels eines Antriebsriemens tragen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trägt die Aggregatswelle eine Riemenscheibe zum Verbinden des Kupplungssystems mit dem Nebenaggregat und/oder der elektrischen Maschine mittels eines Antriebsriemens.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Maschinenwelle die Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Mit anderen Worten kann das Kupplungssystem direkt auf der Rotorwelle der elektrischen Maschine aufgebaut sein. In diesem Fall kann auf der Aggregatswelle und/oder der Motorwelle eine Riemenscheibe vorgesehen sein. Alternativ dazu kann die Maschinenwelle eine Riemenscheibe zum Verbinden einer elektrischen Maschine mit dem Kupplungssystem mittels eines Antriebsriemens tragen.
-
Es ist auch möglich, dass der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine koaxial angeordnet sind, und dass die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors die Motorwelle und die Rotorwelle der elektrischen Maschine die Maschinenwelle bereitstellt.
-
Auch ist es möglich, dass die Motorwelle, die die Aggregatswelle und/oder die Maschinenwelle koaxial angeordnet sind. Dabei kann die Motorwelle abschnittsweise in der Aggregatswelle angeordnet sein. Auch kann die Maschinenwelle abschnittsweise in der Motorwelle und/oder der Aggregatswelle angeordnet sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt die Motorwelle in die als Hohlwelle ausgeführte Aggregatswelle hinein. Die Fliehkraftkupplung kann dabei zwischen der Motorwelle und der Aggregatswelle angeordnet sein. Beispielsweise kann die Fliehkraftkupplung an der Motorwelle (in Umfangsrichtung) fixierte Gewichte umfassen, die bei einer Drehung der Motorwelle sich radial nach außen bewegen und mit der Innenwandung der Aggregatswelle in Reibschluss oder Formschluss gehen. Eine Fliehkraftkupplung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass mit Kupplungsbelägen versehene beweglichen Klappen oder Schieber durch die Fliehkraft bei steigender Drehzahl nach außen gezogen werden.
-
Es kann jedoch auch eine Scheiben- oder Lamellenkupplung über ein baulich getrenntes, belagloses Fliehkraftpendel gesteuert werden, um eine Fliehkraftkupplung zu realisieren.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt die Maschinenwelle in die in einem Abschnitt als Hohlwelle ausgeführte Motorwelle und/oder als Hohlwelle ausgeführte Aggregatswelle hinein. Die Freilaufkupplung kann dabei zwischen der Maschinenwelle und der Motorwelle bzw. Aggregatswelle angeordnet sein. Beispielsweise kann die Freilaufkupplung Klemmkörper aufweisen, die zwischen der Maschinenwelle und der Motorwelle und/oder der Aggregatswelle angeordnet sind. Im Allgemeinen kann eine Freilaufkupplung mit Klemmrollen, Klemmkörpern, Sperrklinken, Zahnscheiben und/oder einer Schlingenfeder realisiert sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kupplungssystem weiter ein Planetengetriebe, das dazu ausgeführt ist, ein Drehmoment zwischen der Maschinenwelle und der Aggregatswelle und der Motorwelle zu übertragen und das einen Planetenträger aufweist, der mit der Motorwelle verbunden ist. Ist die Freilaufkupplung und die Fliehkraftkupplung offen, so kann die elektrische Maschine über das Planetengetriebe die Aggregatswelle antreiben, das in diesem Fall die Drehrichtung der Maschinenwelle umkehrt. Ist die Fliehkraftkupplung und/oder die Freilaufkupplung geschlossen, ist das Planetengetriebe blockiert, da der Planetenträger in Bezug auf die Aggregatswelle und/oder Maschinenwelle fixiert ist. In diesem Fall kann die elektrische Maschine über das blockierte Planetengetriebe die Aggregatswelle antreiben, wobei die Aggregatswelle die gleiche Drehrichtung wie die Maschinenwelle und die Motorwelle aufweist.
-
Insgesamt kann auf diese Weise die elektrische Maschine mit der ersten Drehrichtung (in der die Freilaufkupplung schließt) den Verbrennungsmotor starten und dabei die Nebenaggregate antreiben und mit der entgegengesetzten Drehrichtung (der Maschinenwelle) die Nebenaggregate in die gleiche Drehrichtung antreiben, wobei der Verbrennungsmotor in diesem Fall von der Aggregatswelle und der Maschinenwelle entkoppelt sein kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Planetengetriebe zwischen der Maschinenwelle und der als Hohlwelle ausgebildeten Aggregatswelle angeordnet. Das Planetengetriebe kann dabei räumlich in axialer Richtung neben der Freilaufkupplung und/oder der Fliehkraftkupplung angeordnet sein.
-
In der Regel weist ein Planetengetriebe ein Sonnenrad auf, auf dem Planetenräder kämmen, die wiederum in einem Hohlrad kämmen. Die Planetenräder werden dabei von einem Planetenträger gehalten, der die Achsen der Planetenräder relativ zueinander fixiert.
-
Das Sonnenrad des Planetengetriebes kann auf der Maschinenwelle angeordnet sein. Das Hohlrad des Planetengetriebes kann in der zumindest abschnittsweise als Hohlwelle ausgebildeten Aggregatswelle angeordnet sein. Der Planetenträger kann aus einem als Hohlwelle ausgebildeten Abschnitt der Motorwelle herausragen. In diesem Abschnitt kann die Freilaufkupplung angeordnet sein. Auf diesem Abschnitt kann die Fliehkraftkupplung ausgebildet sein.
-
Es ist auch möglich, dass bei dem Planetengetriebe das Sonnenrad und das Hohlrad anderes herum angeschlossen werden. Das Hohlrad des Planetengetriebes kann auf der Maschinenwelle angeordnet sein und das Sonnenrad des Planetengetriebes kann in der Aggregatswelle angeordnet sein.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, das beispielsweise ein Pkw, Lkw, Bus, Traktor oder eine Baumaschine sein kann. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug sein, das einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst, die miteinander gekoppelt sein können.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antriebssystem, das zum Antrieb von Rädern des Fahrzeugs ausgeführt sein kann, einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, wenigstens ein Nebenaggregat und ein Kupplungssystem, so wie obenstehend und untenstehend beschrieben, das über wenigstens einen Antriebsriemen den Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine und das wenigstens eine Nebenaggregat verbindet.
-
Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
-
1 zeigt schematisch ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
2 zeigt schematisch ein Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
3 zeigt schematisch ein Kupplungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
4 zeigt schematisch ein Antriebssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
5 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kupplungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
6 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kupplungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
7 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Kupplungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Freilaufkupplung für ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
9 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Fliehkraftkupplung für ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
10 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Planetengetriebe für ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt ein Kupplungssystem 10, das eine Motorwelle 12 und eine als Hohlwelle ausgebildete Aggregatswelle 14 aufweist. Das Kupplungssystem 10 weist weiter eine Fliehkraftkupplung 16 auf, die, wenn sich die Motorwelle 10 mit einer Drehzahl größer einer Minimaldrehzahl dreht, die Motorwelle 12 mit der Aggregatswelle 14 koppelt. Weiter umfasst das Kupplungssystem 10 eine Freilaufkupplung 18, die die Motorwelle 12 und die Aggregatswelle 14 bei Drehung in eine erste Drehrichtung koppelt und bei Drehung in eine entgegengesetzte Drehrichtung entkoppelt.
-
2 zeigt ein Antriebssystem 20 eines Fahrzeugs mit dem Kupplungssystem 10 aus 1. Die Motorwelle 12 des Kupplungssystems 10 wird durch die Kurbelwelle 22 eines Verbrennungsmotors 24 bereitgestellt. Auf der Aggregatswelle 14 befindet sich eine Riemenscheibe 26, über die ein Antriebsriemen 28 läuft, der das Kupplungssystem 10 mit verschiedenen Nebenaggregaten 30, wie etwa einem Klimakompressor 30a, einer Wasserpumpe 30b und einer Ölpumpe 30c, und einer elektrischen Maschine 32 verbindet. Der Riemen 28 kann auch über eine oder mehrere Umlenkrollen 34 geführt sein.
-
Der Kupplungszustand (offen oder geschlossen) des Kupplungssystems 10 ist von der Drehrichtung der Aggregatswelle 14 und dem Zustand der Motorwelle 12 abhängig. Wird die Aggregatswelle 10 von der elektrischen Maschine 32 in eine erste Drehrichtung gedreht, entsteht ein Kraftschluss zwischen der Aggregatswelle 10 und der Motorwelle 12, da die Freilaufkupplung 18 schließt. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine 32 den Verbrennungsmotor 24 starten.
-
Die Freilaufkupplung 18 koppelt die Motorwelle 12 mit der Aggregatswelle 14 miteinander oder entkoppelt diese je nach Drehzahldifferenz und Drehrichtung. Allein durch die Drehrichtung der Aggregatswelle 14 aus dem Stillstand kann bestimmt werden, ob das Kupplungssystem 10 geschlossen oder geöffnet wird/bleibt. Das Drehmoment kann beim Überschreiten der Mindestdrehzahl in beide Richtungen (von der Motorwelle 12 zu der Aggregatswelle 14 bzw. von der Aggregatswelle 14 zu der Motorwelle 12) übertragen werden.
-
Wenn aus dem Stillstand die Aggregatswelle 14 in die zweite Drehrichtung gedreht wird, gibt es keine Drehmoment übertragende Kopplung zwischen der Aggregatswelle 14 und der Motorwelle 12 (Freilaufbetrieb). Die elektrische Maschine 32 kann die Nebenaggregate 30 bei stehendem Verbrennungsmotor 24 betreiben.
-
Die Fliehkraftkupplung 16 wird durch die Rotation der Motorwelle 12 geschlossen. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor 24 die elektrische Maschine 32 und die Nebenaggregate 30 über den Riemen 28 antreiben. Bei der Absenkung der Drehzahl der Motorwelle 12 unter die Minimaldrehzahl wird die Fliehkraftkupplung 16 geöffnet.
-
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kupplungssystems 10‘ mit einer Motorwelle 12, einer Aggregatswelle 14 und einer Maschinenwelle 36. Die Motorwelle 12 ist mit einer Fliehkraftkupplung 16 mit der Aggregatswelle 14 koppelbar. Die Motorwelle 12 und die Maschinenwelle 36 sind mit einer Freilaufkupplung 16 koppelbar. Weiter ist die Maschinenwelle 36 über ein Planetengetriebe 38 mit der Aggregatswelle 14 gekoppelt. Ein Planetenträger 40 des Planetengetriebes 38 ist mit der Motorwelle 12 (drehfest) verbunden.
-
In der 3 ist auch noch zu erkennen, dass auf der Aggregatswelle 14 eine erste Riemenscheibe 42 und auf der Maschinenwelle 36 eine zweite Riemenscheibe 44 angeordnet ist.
-
Die 4 zeigt ein Antriebssystem 20‘ mit dem Kupplungssystem 10‘. Die Motorwelle 12 wird durch einen Verbrennungsmotor 24 bereitgestellt. Über einen ersten Treibriemen 28 werden über die Riemenscheibe 42 auf der Aggregatswelle 14 Nebenaggregate 30 angetrieben. Die zweite Riemenscheibe 44 auf der Maschinenwelle 36 ist über einen zweiten Treibriemen 28‘ mit einer elektrischen Maschine 32 verbunden.
-
Wenn sich die Maschinenwelle 36, die von der elektrischen Maschine 32 angetrieben wird, in eine erste Drehrichtung dreht, dann schließt sich die Freilaufkupplung 18, falls die Drehzahl der Motorwelle 12 kleiner als die der Maschinenwelle ist. Damit kann der Verbrennungsmotor 24 mit der elektrischen Maschine 32 geschleppt und/oder gestartet werden.
-
Dreht sich die Motorwelle 12 schneller als eine Minimaldrehzahl, dann koppelt die Fliehkraftkupplung 16 die Motorwelle 12 und die Aggregatswelle 14. Der Verbrennungsmotor 24 kann die Nebenaggregate 30 antreiben.
-
Ist die Fliehkraftkupplung 16 geschlossen, werden auch der Planetenträger 40 und ein Hohlrad 46 des Planetengetriebes 38 gekoppelt. Das Planetengetriebe 38 wird steif bzw. blockiert und Drehmoment kann von dem Verbrennungsmotor 24 zu der elektrischen Maschine 32 (Rekuperation) und auch zu den Nebenaggregaten 30 abgegeben werden.
-
Dreht sich die Maschinenwelle 36 angetrieben von der elektrischen Maschine 32 schneller als die Motorwelle 12 in die erste Drehrichtung, verbindet die Freilaufkupplung 18 ein Sonnenrad 48 des Planetengetriebes 38 über die Motorwelle 12 mit dem Planetenträger 40 und das Planetengetriebe 38 blockiert auch in diesem Fall. Die elektrische Maschine 32 kann den Verbrennungsmotor 24 unterstützen (Boost) und die Nebenaggregate 30 antreiben.
-
Wenn der Verbrennungsmotor 24 steht bzw. sich die Motorwelle 12 mit einer Drehzahl niedriger als die Minimaldrehzahl dreht, kann die elektrische Maschine 32 bzw. die Maschinenwelle 36 in die zweite, entgegengesetzte Drehrichtung gedreht werden. Dadurch öffnen sich der Freilauf 18 und die Fliehkraftkupplung 16. Der Planetenträger 40 des Planetengetriebes 38 wird durch die Motorwelle 12 festgehalten, da die innere Reibung des Verbrennungsmotors 24 höher ist als das von dem Planetenträger 40 übertragene Drehmoment. Auf diese Weise wird durch das Planetengetriebe 38 die Drehzahl der Maschinenwelle 36 zu einer Drehzahl der Aggregatswelle 14 übersetzt und auch die Drehrichtung geändert. Das bedeutet, dass sich die Aggregatswelle 14 bzw. die Riemenscheibe 42 für die Nebenaggregate 30 wieder in dieselbe Richtung wie im Fall zuvor dreht. Die Nebenaggregate 30 werden mit Drehmoment von der elektrischen Maschine 32 versorgt, wobei der Verbrennungsmotor 24 entkoppelt ist. Es gibt keine Verluste für ein Schleppen des Verbrennungsmotors 24 durch die elektrische Maschine 32.
-
5 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Kupplungssystems 10‘ aus den 3 und 4. Die Aggregatswelle 14 ist als Hohlwelle ausgeführt, in der ein Abschnitt der Motorwelle 12 aufgenommen ist, der auch als Hohlwelle ausgeführt ist. In der Motorwelle 12 ist ein Ende der Maschinenwelle 36 aufgenommen. Die Motorwelle 12, die Aggregatswelle 14 und die Maschinenwelle 36 sind koaxial.
-
In dem Bereich des als Hohlwelle ausgeführten Abschnitts der Motorwelle 12 befinden sich die Fliehkraftkupplung 16 und die Freilaufkupplung 18. Die Fliehkraftkupplung 16 umfasst Gewichte 50, die bei Drehung der Motorwelle 12 nach außen gegen die Innenwandung der Aggregatswelle 16 gedrückt werden und dort durch Reibschluss die Fliehkraftkupplung 16 schließen. Die Fliehkraftkupplung 16 wird durch eine Federanordnung 52 geöffnet, die die Gewichte 50 entgegen der Fliehkraft nach innen ziehen.
-
Die Freilaufkupplung umfasst Klemmkörper 54 zwischen der Maschinenwelle 36 und der Innenwandung der Motorwelle 12, die sich bei einer Relativdrehung der Maschinenwelle 36 in der Motorwelle 12 in die erste Richtung verklemmen und einen Reibschluss herstellen.
-
Das Planetengetriebe umfasst ein auf der Maschinenwelle 36 vorgesehenes oder in die Maschinenwelle 36 integriertes Sonnenrad 48, ein in der Aggregatswelle 14 vorgesehenes oder in die Aggregatswelle 14 integriertes Hohlrad 46 und dazwischen kämmende Planetenräder 56, die von einem Planetenträger 40 getragen werden, der mit dem als Hohlwelle ausgebildeten Abschnitt der Motorwelle 12 verbunden ist.
-
Die 6 zeigt ein Kupplungssystem 10‘, das analog der 5 aufgebaut ist. Bei der 6 wird die Maschinenwelle 36 durch die Rotorwelle 58 einer elektrischen Maschine 32 bereitgestellt, während auf der Motorwelle 12 eine Riemenscheibe 60 angeordnet ist, über die der Verbrennungsmotor 24 mittels eines Treibriemens angebunden werden kann.
-
Die 7 zeigt ein Kupplungssystem 10‘, das analog den 5 und 6 aufgebaut ist. Bei der 7 wird die Maschinenwelle 36 durch die Rotorwelle 58 einer elektrischen Maschine 32 und die Motorwelle 12 durch die Kurbelwelle 22 eines Verbrennungsmotors bereitgestellt.
-
Die 8, 9 und 10 zeigen mögliche Ausführungsformen der Freilaufkupplung 18, der Fliehkraftkupplung 16 und des Planetengetriebes 38.
-
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
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
-
- DE 102007038374 B4 [0005]
- DE 102009006354 A1 [0006]
