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Die Erfindung betrifft einen Nebenaggregatetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betriff die Erfindung ein Betriebsverfahren für einen Nebenaggregatetrieb gemäß dem Anspruch 10.
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Nebenaggregatetriebe weisen in der Regel eine Reihe von antreibenden und/oder angetriebenen, über ein oder mehrere Zugmittel miteinander sowie mit einer Antriebsmaschine in Wirkverbindung stehende Nebenaggregate auf. Dabei dient das Zugmittel lediglich zur Übertragung von Zugkräften. Insbesondere in der automobilen Anwendung kommen typischerweise Ketten oder Riemen als Zugmittel und Starter-Generatoren, Klimakompressoren oder Hydraulikpumpen als Nebenaggregate zum Einsatz.
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Aus dem Dokument
DE 10 2010 054 630 A1 ist beispielsweise eine Anordnung eines Nebenaggregatetriebes bekannt, welche mehrere Zugmittel, eine Verbrennungskraftmaschine und mehrere Nebenaggregate, wie einen Startergenerator, umfasst. Diese herkömmliche Ausführung weist einen verhältnismäßig großen Bauraum - insbesondere im Hinblick auf die Ausdehnung in Richtung der angetriebenen oder antreibenden Wellen der Nebenaggregate - auf. Vor diesem Hintergrund gibt es bereits Bestrebungen, durch eine dezentrale Anordnung sowie eine Funktionsintegration der für den elektrischen Antrieb erforderlichen Bauteile, eine effizientere Bauraumnutzung zu erreichen.
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Aus dem Dokument
CN 2812395 geht beispielsweise eine elektrische Generatorvorrichtung hervor, in welcher eine Kette eines Kettentriebs, welche magnetische Kettenglieder aufweist, von Spulen umschlossen ist. Beim Durchlaufen eines magnetischen Kettengliedes durch eine der Spulen wird sodann eine Spannung induziert. Dadurch kann ein Teil der kinetischen Energie der Kette in elektrische Energie gewandelt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bauraum- und Komponentenausnutzung in einem Nebenaggregatetrieb zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Nebenaggregatetrieb mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um einen Nebenaggregatetrieb, insbesondere elektrischen Nebenaggregatetrieb, für eine Antriebsmaschine. Der Nebenaggregatetrieb weist wenigstens ein Statorelement sowie wenigstens ein magnetisches Zugmittel auf. Das wenigstens eine Statorelement des Nebenaggregatetriebs ist dabei mit dem wenigstens einen Zugmittel des Nebenaggregatetriebs in magnetischer Wirkverbindung angeordnet.
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Unter einem Nebenaggregatetrieb ist vorliegend eine Anordnung von wenigstens einem Nebenaggregat zu verstehen, welches mit dem Antriebselement einer Antriebsmaschine in mechanischer Wirkverbindung steht. Umfasst der Nebenaggregatetrieb mehrere Nebenaggregate, so können diese auch untereinander in mechanischer Wirkverbindung stehen. Unter mechanischer Wirkverbindung ist dabei vorzugsweise zu verstehen, dass über ein oder mehrere Übertragungsmittel, bevorzugt mechanische Übertragungsmittel, eine rotatorische Bewegung übertragen wird. Dies ermöglicht besonders vorteilhaft die Einbindung des Nebenaggregatetriebes in bestehende Antriebskonzepte, da diese in der Regel auf rotatorisch arbeitenden Antriebsmaschinen basieren.
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In einer Ausführungsform können die Nebenaggregate sowie die Antriebsmaschine dazu jeweils mindestens ein Antriebsrad aufweisen, welches beispielsweise als Kettenblatt, Riemenscheibe oder Zahnrad ausgeführt sein kann. Ein Antriebsrad kann neben der Übertragung rotatorischer Bewegung insbesondere auch Teilfunktionen eines Nebenaggregats übernehmen. Eine mögliche Teilfunktion kann darin bestehen, dass das Zugmittel selbst Teil eines elektrischen Antriebs, beispielsweise eines Starter-Generators, im Nebenaggregatetrieb ist. Dies verringert die Bauteilgröße und bewirkt somit eine bessere Bauraumausnutzung.
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Weiterhin kann ein Antriebsrad, beispielsweise über eine Kupplung, von dem jeweiligen Nebenaggregat und/oder der Antriebsmaschine abkoppelbar ausgeführt sein. Dadurch erhöht sich die Effizienz des Nebenaggregatetriebs, wenn nicht alle Nebenaggregate beziehungsweise die Antriebsmaschine gleichzeitig betrieben werden.
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Ein Übertragungsmittel kann mindestens ein Getriebe, beispielsweise ein Stirnradgetriebe, vorzugsweise ein Zugmittel, umfassen. Neben dem mindestens einen Antriebsrad können weiterhin Umlenkelemente, beispielsweise Umlenkrollen und/oder Spannrollen, zur Führung des mindestens einen Zugmittels zum Einsatz kommen. Die Nutzung eines Zugmittels erlaubt dabei eine im Wesentlichen freie Positionierung der Nebenaggregate zueinander. Weiterhin können Lagetoleranzen zwischen den Bauteilen, welche beispielsweise während der Fertigung oder im Betrieb entstehen können, besonders vorteilhaft ausgeglichen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet ein Zugmittel mindestens zwei Elemente des Nebenaggregatetriebes, also beispielsweise mindestens ein Umlenkelement und/oder mindestens ein Antriebsrad und die Antriebsmaschine.
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Ein Antriebsrad beziehungsweise Antriebselement ist im Sinne der Erfindung auch gleichzeitig als mögliches Abtriebsrad beziehungsweise Abtriebselement zu verstehen. Mit anderen Worten kann ein Nebenaggregat und/oder eine Antriebsmaschine über ein Antriebsrad beziehungsweise Antriebselement sowohl rotatorisch Leistung aufnehmen als auch abgeben.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eines der Zugmittel als magnetisches Zugmittel ausgeführt.
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Unter magnetischer Wirkverbindung zwischen dem mindestens einen Statorelement und dem mindestens einen magnetischen Zugmittel kann vorliegend zu verstehen sein, dass ein im mindestens einen Stator entstehendes magnetisches Feld, insbesondere ein elektromagnetisches Feld, auf ein magnetisches, magnetisiertes oder magnetisierbares Material und/oder eine magnetische, magnetisierte und/oder magnetisierbare Komponente im mindestens einen magnetischen Zugmittel wirkt. Dabei wirkt erfindungsgemäß eine signifikante Magnetkraft zwischen dem mindestens einen Statorelement und dem mindestens einen Zugmittel. In der bevorzugten Ausführungsform wirkt dadurch eine Kraft, insbesondere eine Kraft in Längsrichtung des mindestens einen Zugmittels, auf die darin enthaltenen magnetischen Elemente. Unter Längsrichtung ist vorliegend die Laufrichtung des mindestens einen Zugmittel auf einer Raumkurve zu verstehen. Dadurch ist es möglich, das Zugmittel sowohl elektrisch anzutreiben, als auch abzubremsen. Somit kann beispielsweise im Vergleich zu einem herkömmlichen Nebenaggregatetrieb eine zusätzliche Komponente zum Starten der Antriebsmaschine, wie beispielsweise ein Startermotor, sowie zum Speisen des Fahrzeug-Bordnetzes, wie beispielsweise ein Generator, entfallen, was sich positiv auf die Bauraumausnutzung auswirkt.
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Das wenigstens eine Statorelement kann in einer bevorzugten Form einen oder mehrere gewickelte elektrische Leiter, insbesondere aus einer Kupferlegierung, in Form von Spulen aufweisen. Durch das Bestromen dieses mindestens einen elektrischen Leiters kann im wenigstens einen Statorelement ein elektromagnetisches Feld erzeugt werden. Auch kann durch ein von extern auf den mindestens einen elektrischen Leiter wirkendes magnetisches Feld, insbesondere ein im wenigstens einen Zugmittel erzeugtes, in den mindestens einen elektrischen Leiter eine Spannung induziert und folglich ein Stromfluss erzeugt werden. In einer Ausführung sind die Wicklungen des wenigstens einen Statorelements als Einzelzahnwicklungen, insbesondere als dreiphasige Einzelzahnwicklungen, ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Wicklungen als verteilte, insbesondere mehrphasige oder dreiphasige, Wicklungen ausgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das wenigstens eine Zugmittel magnetische oder magnetisierbare Bauteile umfassen. Diese können insbesondere derart angeordnet sein, dass sich entlang einer Zugmittel-Laufrichtung Abschnitte mit bezüglich ihrer Magnetisierung voneinander abweichender Ausrichtung, insbesondere abwechselnder Orientierung, ergeben. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Kraftübertragung zwischen dem wenigstens einen Statorelement und dem wenigstens einen magnetischen Zugmittel.
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In einer Ausführungsform ist das wenigstens eine Zugmittel im Wesentlichen aus Kunststoff oder Metall, bevorzugt aus magnetisierbarem, insbesondere magnetischem Material, insbesondere Eisen oder einer oder mehreren seltenen Erden, gefertigt. Dabei können die besonderen Eigenschaften der Materialien, wie Dämpfung von Lastsprüngen, hohe Steifigkeit und vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit sowie magnetische Eigenschaften ausgenutzt werden.
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In einer möglichen Ausführungsform beinhaltet das Zugmittel im Wesentlichen quer zur Zugmittel-Laufrichtung angeordnete, insbesondere aus einer Neodym-Legierung oder einer Samarium-Kobalt-Legierung hergestellte, Dauermagnete. Dabei können diese Dauermagnete mit bezüglich ihrer Magnetisierung voneinander abweichender Ausrichtung, insbesondere abwechselnder Orientierung ihrer Magnetisierung ausgeführt werden. Im Wesentlichen quer angeordnet kann hierbei bedeuten, dass magnetische, insbesondere dauermagnetische, Bauteile eine längliche Form aufweisen, also beispielsweise säulenförmig, insbesondere quaderförmig, sind wobei eine der Kantenlängen die anderen Kantenlängen übersteigt, und die längste Kante nahezu rechtwinklig zur Zugmittel-Laufrichtung angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform können insbesondere magnetische oder magnetisierbare Partikel in das wenigstens eine Zugmittel eingebracht sein. Diese Partikel können derart angeordnet sein, dass sich Bereiche abwechselnd orientierter Magnetisierung ergeben. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bereiche derart ausgeprägt, dass ihre Ausdehnung quer zur Laufrichtung des Zugmittels ihre Ausdehnung längs zum Zugmittel übersteigt. Mit anderen Worten sind die Bereiche analog zum Einsatz von Dauermagneten bevorzugt quer zur Laufrichtung des Zugmittels angeordnet. Die Partikel können aus dauermagnetischem Material, insbesondere aus Neodym-haltigem oder Samarium-Kobalt-haltigem Material, hergestellt sein. Weiterhin können die Partikel aus magnetisierbarem Material hergestellt sein und vor oder während des Betriebs der Nebenaggregatetriebs, bevorzugt während der Herstellung oder der Montage des Nebenaggregatetriebs, magnetisiert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform können die magnetisierbaren Komponenten im wenigstens einen Zugmittel als Spulenelemente ausgeführt sein. In einer Ausführungsform besteht dabei eine elektrische Verbindung zu Komponenten außerhalb des wenigstens einen Zugmittels, so dass die Spulen fremderregt sind.
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Weiterhin können das Material oder die Komponenten im wenigstens einen Zugmittel in der vorgenannten Gruppe von Ausführungsformen durch das im wenigstens einen Statorelement erzeugte Magnetfeld magnetisiert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass keine teuren dauermagnetischen oder von außen durch elektrische Energiezufuhr zu magnetisierenden Komponenten verbaut werden müssen.
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Das wenigstens eine Zugmittel kann abschnittsweise oder auf seiner gesamten Länge magnetisch oder magnetisierbar sein.
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Hinsichtlich der Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes kann dabei die Ausführung von Statorelementen und Zugmittel umgekehrt werden. Mit anderen Worten kann das elektromagnetische Feld auch im Zugmittel erzeugt werden und die passiven magnetischen oder magnetisierbaren Komponenten können im wenigstens einen Statorsegment vorgesehen sein. Dies eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Auslegung des Nebenaggregatetriebs.
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Das wenigstens eine Statorelement kann zumindest abschnittsweise als bogenförmiges Element und/oder zumindest abschnittsweise als gerades Element ausgeführt sein. Dadurch ist es möglich, dass das wenigstens eine Statorelement über seine gesamte Länge innerhalb einer Toleranz einen bestimmten Abstand zu dem mindestens einen Zugmittel aufweist. Das wenigstens eine Statorelement kann dabei innen und/oder außen von dem wenigstens einen magnetischen Zugmittel angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das wenigstens eine Statorelement insbesondere das wenigstens eine magnetische Zugmittel vollständig umschließen. Auch kann das wenigstens eine magnetische Zugmittel das wenigstens eine Statorelement vollständig umschließen. Durch diese Ausführungsformen kann die Bauraumausnutzung zusätzlich verbessert werden.
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Weiterhin kann das wenigstens eine Statorelement zumindest abschnittsweise der Kontur eines der Umlenkelemente oder Antriebsräder folgen und kann insbesondere auch Teil des Umlenkelements und insbesondere selbst Umlenkelement sein. Zudem kann das wenigstens eine Statorelement zumindest abschnittsweise, insbesondere auf dessen gesamter Länge, der Kontur des wenigstens einen magnetischen Zugmittels folgen. Außerdem kann das wenigstens eine Statorelement in einem definierten Abstand oder innerhalb eines definierten minimalen und maximalen Abstands zum wenigstens einen magnetischen Zugmittel anliegen. Insbesondere kann zwischen dem wenigstens eine Statorelement und dem wenigstens einen magnetischen Zugmittel ein Luftspalt definierter Breite mit einer bestimmten Toleranz vorliegen oder das wenigstens eine Statorelement kann direkt am wenigstens einen magnetischen Zugmittel anliegen. Dies hat den Vorteil, dass die Position von dem wenigstens einen Statorelement und dem wenigstens einen magnetischen Zugmittel in diesen Abschnitten besonders definiert ist und eine für den resultierenden magnetischen Fluss besonders vorteilhafte Anordnung der Komponenten zueinander bei der Maschinenauslegung festgelegt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Zugmittel kann weiterhin eine Kette umfassen. Diese kann zu einem Teil, insbesondere ihre Kettenglieder, oder vollständig aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem eisenhaltigen Material, insbesondere Eisen, gefertigt sein. Dabei können die ferromagnetischen Eigenschaften zur vorteilhaften Führung des magnetischen Flusses beitragen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Zugmittel einen Riemen, zum Beispiel einen Zahnriemen oder Keilriemen, insbesondere Keilrippenriemen, umfassen. Ein Zugmittel kann einen ferromagnetischen Bereich aufweisen. Durch den ferromagnetischen Bereich wird der magnetische Fluss im Zugmittel positiv beeinflusst, insbesondere erhöht. Weiterhin wirkt sich der ferromagnetische Bereich positiv, insbesondere erhöhend, auf die mechanische Festigkeit und die mechanische Steifigkeit des Zugmittels aus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Nebenaggregatetrieb den Antrieb eines Kühlerlüfters. Dieser kann beispielsweise zur Kühlung der Antriebsmaschine selbst und/oder weiterer Komponenten, beispielsweise einer Leistungselektronik oder einer Batterie dienen. Die Kühlung kann dabei sowohl direkt als Luftstrom auf die Komponenten als auch indirekt über ein Kühlsystem, wie beispielsweise einen Kühlmittelkreislauf, wirken. Insbesondere, wenn der Kühlerlüfter zur Kühlung von Antriebsstrangkomponenten zum Einsatz kommt, wirkt sich die Einbindung in den Nebenaggregatetrieb aufgrund der Nähe zu den zu kühlenden Komponenten positiv auf die Gesamteffizienz des Antriebs aus.
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Weiterhin kann der Nebenaggregatetrieb den Antrieb einer Hydraulikpumpe, beispielsweise für ein hydraulisches Lenk-, Brems-, Kühlsystem- und/oder Fahrwerks-System, umfassen. Weiterhin kann der Nebenaggregatetrieb auch den Antrieb eines Klimakompressors umfassen. Dadurch ist es in einigen Ausführungsformen vorteilhaft möglich, die Hydraulikpumpe und/oder den Klimakompressor auch anzusteuern, wenn die Antriebsmaschine sich nicht im Betrieb befindet.
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Bei der Antriebsmaschine kann es sich um eine Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug, bevorzugt für ein nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug handeln. Die Antriebsmaschine kann dabei als eine Elektromaschine ausgeführt sein. Bevorzugt kann die Antriebsmaschine als eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere als eine nach dem 4-Takt-Prinzip arbeitende Hubkolbenmaschine oder eine nach dem Wankel-Prinzip arbeitende Rotationskolbenmaschine ausgeführt sein. In der Anwendung in einem nicht schienengebundenen Kraftfahrzeug wirkt sich die effiziente Raumausnutzung der Erfindung aufgrund des üblicherweise beschränkten Platzes im Motorraum besonders vorteilhaft aus.
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In einer möglichen Ausführungsform kann die Ansteuerung des Statorelements über eine Leistungselektronik, beispielsweise einen Pulswechselrichter, vorgesehen sein. Dieser kann in einer möglichen Ausführungsform mittels eines Steuergerätes gesteuert werden. Zur Bereitstellung bzw. Aufnahme elektrischer Energie kann weiterhin ein Energiespeicher, beispielsweise ein Kondensatorspeicher und/oder eine Batterie, vorgesehen sein, welche über elektrische Leitungen mit der Leistungselektronik verbunden sein können. Es ist jedoch auch möglich, dass die Leistungselektronik direkt mit einem Stromnetz verbunden ist.
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Im Zusammenhang mit dem erfinderischen Gedanken steht auch ein Betriebsverfahren zum Betrieb eines Nebenaggregatetriebs, in welchem das wenigstens eine Zugmittel durch magnetische Wechselwirkung mit dem Statorelement angetrieben wird. Mit Antreiben des Zugmittels kann dabei sowohl ein motorischer als auch ein generatorischer Betrieb gemeint sein. Mit anderen Worten kann Antreiben sowohl das Aufwenden elektrischer Energie zur Erzeugung einer Bewegung des Zugmittels als auch das Generieren elektrischer Energie durch Abbremsen des Zugmittels bedeuten. Dabei kann das Statorelement beispielsweise derart angetrieben werden, dass im Falle einer - zum Beispiel vom Fahrer über ein Bremspedal - geforderten Fahrzeugverzögerung durch das elektrische Abbremsen des Zugmittels über die Statorsegmente wenigstens ein Teil der Bremsenergie als elektrische Energie rekuperiert wird. Weiterhin ist es möglich, dass das Betriebsverfahren eine Ansteuerung des Nebenaggregatetriebs derart vornimmt, dass durch magnetische Kraftübertragung zwischen Statorsegmenten und Zugmittel eine Antriebsmaschine, insbesondere, wenn es sich um eine Verbrennungskraftmaschine handelt, zum Starten in Rotation versetzt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform sieht das Betriebsverfahren vor, die Antriebsmaschine im Betrieb derart zu beschleunigen oder abzubremsen, dass deren Effizienz erhöht wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
- 1 eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Nebenaggregatetriebs 10 umfassend zwei über ein Antriebsrad der Verbrennungskraftmaschine 34 verbundene magnetische Zugmittel 14 sowie verteilte Statorelemente 12 und mehrere Nebenaggregate,
- 2 eine alternative bevorzugte Ausführung, mit einem Nebenaggregatetrieb 10 für eine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs 38, ausgeführte Verbrennungskraftmaschine 40,
- 3 eine bevorzugte Ausführung des magnetischen Zugmittels 14 als Kette 16 mit Kettengliedern aus ferromagnetischem Werkstoff, in welche Dauermagnete 24 mit abwechselnder magnetischer Orientierung 20 eingelassen sind,
- 4 eine alternative bevorzugte Ausführung des magnetischen Zugmittels 14 als Riemen 18 mit einem ferromagnetischen Bereich 22 und in den Riemen eingelassenen Dauermagneten 24 mit abwechselnder magnetischer Orientierung 20.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Nebenaggregatetriebs sowie dessen beispielhafte Anwendung in einem Kraftfahrzeugantrieb dargestellt. Weiterhin werden mögliche Ausführungsformen des magnetischen Zugmittels anhand der folgenden Figuren erläutert.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nebenaggregatetriebs 10 umfassend zwei magnetische Zugmittel 14, ein Antriebsrad einer Verbrennungskraftmaschine 34 sowie mehrere verteilte Statorelemente 12 und das Antriebsrad eines Klimakompressors 28, einer Hydraulikpumpe 30 und eines Kühlerlüfters 32. Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 40, überträgt diese über das mit deren Kurbelwelle zur Drehmomentübertragung verbundene Antriebsrad 34 eine Kraft auf die magnetischen Zugmittel 14. Unter Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 40 ist in diesem Ausführungsbeispiel zu verstehen, dass die Verbrennungskraftmaschine 40 durch den stattfindenden Verbrennungsprozess selbstständig die Rotation der Kurbelwelle aufrechterhält.
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Wenn für alle mit einem der jeweiligen Zugmittel 14 in Wechselwirkung stehende Nebenaggregate und Statorelemente kein Betrieb vorgesehen ist, so kann das jeweilige Antriebsrad der Verbrennungskraftmaschine 34, beispielsweise durch eine formschlüssig wirkende Klauenkupplung, abgekoppelt werden, um mechanische Verluste zu verringern. Wenn beispielsweise nur für einzelne Nebenaggregate kein Betrieb vorgesehen ist, können deren jeweilige Antriebsräder, beispielsweise ein Antriebsrad eines Klimakompressors 28, ein Antriebsrad einer Hydraulikpumpe 30 und/oder ein Antriebsrad eines Kühlerlüfters 32, auch einzeln abgekoppelt werden. Sollte beispielsweise keine Kühlleistung des Kühlerlüfters erforderlich sein, so kann dessen Antriebsrad 32 von der Antriebswelle des Kühlerlüfters abgekoppelt werden, sodass Verluste durch das ungewollte Mitdrehen des Lüfters vermieden werden.
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Wird mindestens eines der magnetischen Zugmittel 14 tatsächlich von der Verbrennungskraftmaschine 40 angetrieben, so können die mit dem jeweiligen Zugmittel 14 in magnetischer Wechselwirkung stehende Statorelemente 12 die von der Verbrennungskraftmaschine 40 aufgebrachte Antriebsleistung entweder verstärken und/oder verringern. Mit anderen Worten kann dabei der Nebenaggregatetrieb 10 zusätzlich angetrieben und/oder abgebremst werden. Dabei ist es in Ausführungsformen mit entsprechend ausgelegten Bauteilen vorgesehen, dass einige Statorsegmente 12 die Antriebsleistung verstärken, während andere diese verringern. Dieser Betrieb ermöglicht ein in seltenen Fällen, z.B. aus Gründen des Komponentenschutzes oder als Akustikmaßnahme, notwendiges Abbremsen des Nebenaggregatetriebes 10 ohne Speisen von elektrischer Energie in einen elektrischen Speicher, wie beispielsweise eine Batterie 42. Wird die Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine 40 durch ein Statorelement 12 verringert, so wirkt dieses als Generator. Die erzeugte elektrische Energie kann beispielsweise in einen elektrischen Energiespeicher eingespeist werden. Im umgekehrten Fall wird die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 40 verstärkt wobei beispielsweise Energie aus einem elektrischen Energiespeicher entnommen werden kann.
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Befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 40 nicht im Betrieb, so ist ein Antreiben oder Abbremsen wenigstens eines der magnetischen Zugmittel 14 in Ausführungsformen mit entsprechend ausgelegten Bauteilen ebenso vorgesehen. Dadurch können beispielsweise die Nebenaggregate weiterhin betrieben werden. Außerdem ist es somit möglich, die Verbrennungskraftmaschine 40 zu starten. Weiterhin ist es möglich, einen bestimmten, beispielsweise einen Startvorgang vorbereitenden, Kurbelwellenwinkel der Verbrennungskraftmaschine 40 gezielt einzustellen. Auch kann die Verbrennungskraftmaschine 40 kontrolliert abgestellt werden. Das bedeutet beispielsweise, dass sowohl der Vorgang des Austrudelns, als auch der Abstellwinkel selbst beeinflusst werden kann.
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Aufgrund der vorgenannten Eigenschaften des Ausführungsbeispiels kann auf den Verbau herkömmlicher Starter- oder Riemen-Starter-Systeme verzichtet werden.
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2 illustriert die mögliche Nutzung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Nebenaggregatetriebs 10 in einem Kraftfahrzeug 38. Die Ausführungsform ist vorliegend als ein Nebenaggregatetrieb 10 mit einer Umlenkrolle 36, welche über ein magnetisches Zugmittel 14 mit dem Antriebsrad einer Verbrennungskraftmaschine 34, welche als Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs 38 dient, sowie mehreren Statorelementen 12 in Wirkverbindung steht, umgesetzt. Die Steuerung der Statorelemente 12 wird durch einen Pulswechselrichter 44 realisiert.
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Der Pulswechselrichter 44 transformiert die statorelementseitig anliegende Dreiphasen-Wechselspannung, welche in diesem Ausführungsbeispiel zur Steuerung der Statorelemente 12 vorgesehen ist, in bordnetzseitigen Gleichstrom und umgekehrt. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Statorelemente 12 des elektrischen Nebenaggregatetriebs auf einem höheren Spannungsniveau als das üblicherweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommende 12V-Bordnetz, hier das erste Bordnetz 48, betrieben. Das Kraftfahrzeug 38 hat folglich zwei Bordnetze, nämlich ein erstes Bordnetz 48 auf 12V-Ebene und ein zweites Bordnetz 50 auf höherer Spannungsebene. Die Spannungsunterschiede zwischen den Bordnetzen werden mittels eines Spannungswandlers 46 ausgeglichen.
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Durch das mittels des Pulswechselrichters 44 umgesetzte elektrische antreiben und/oder abbremsen des Nebenaggregatetriebes 10 kann der Batterie 42, welche vorliegend als elektrischer Energiespeicher des zweiten Bordnetzes 50 dient, elektrische Energie entnommen oder zugeführt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass elektrische Energie direkt in mit dem ersten 48 (dann noch mittels einer Spannungstransformation durch den Spannungswandler 46) oder zweiten Bordnetz 50 verbundenen elektrischen Komponenten umgesetzt wird. In diesem Anwendungsfall dient die Batterie 42 lediglich als Puffer für Leistungsspitzen.
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3 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines magnetischen Zugmittels 14 als Kette 16. Die Kettenglieder sind vorliegend aus einem eisenhaltigen, ferromagnetischen Material gefertigt. In die Kettenglieder sind einzelne Dauermagnete 24 derart eingelassen, dass sich die magnetische Orientierung 20 von einem zum nächsten Kettenglied umkehrt. Dies ermöglicht den Antrieb der Kette 16 über wenigstens ein mit ihr in magnetischer Wechselwirkung stehendes Statorelement 12. Auf der Innenseite der Kette 12 befindet sich weiterhin eine Struktur, die eine formschlüssige Kraftübertragung auf ein Übertragungselement, wie beispielsweise ein Antriebsrad eines Klimakompressors 28, ein Antriebsrad einer Hydraulikpumpe 30, ein Antriebsrad eines Kühlerlüfters 32, ein Antriebsrad einer Verbrennungskraftmaschine 34 und/oder eine Umlenkrolle 36, ermöglicht.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines magnetischen Zugmittels als Riemen 18. Der Riemen 18 ist als Keilrippenriemen ausgeführt, sodass über die auf seiner Innenseite befindliche Rippenstruktur kraftschlüssig Kraftübertragung stattfinden kann. In den Riemen sind einzelne Dauermagnete 24 derart eingelassen, dass sich Abschnitte abwechselnder magnetischer Orientierung 20 ergeben. Dabei machen eine Reihe länglicher, nebeneinander angeordneter Dauermagnete 24 gleicher magnetischer Orientierung 20 jeweils einen Abschnitt aus. Die Aufteilung in mehrere einzelne Dauermagnete 24 ist dienlich, um die Flexibilität des Riemens 18 zu erhalten.
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Weiterhin weist der Riemen 18 einen ferromagnetischen Bereich 22 in Form eines eisenhaltigen Bandes auf. Dieser Bereich erhöht dessen Festigkeit und Steifigkeit und verbessert gleichzeitig den magnetischen Fluss durch den Riemen 18.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nebenaggregatetrieb
- 12
- Statorelement
- 14
- Magnetisches Zugmittel
- 16
- Kette
- 18
- Riemen
- 20
- Magnetische Orientierung
- 22
- Ferromagnetischer Bereich
- 24
- Dauermagnete
- 28
- Antriebsrad eines Klimakompressors
- 30
- Antriebsrad einer Hydraulikpumpe
- 32
- Antriebsrad eines Kühlerlüfters
- 34
- Antriebsrad einer Verbrennungskraftmaschine
- 36
- Umlenkrolle
- 38
- Kraftfahrzeug
- 40
- Verbrennungskraftmaschine
- 42
- Batterie
- 44
- Pulswechselrichter
- 46
- Spannungswandler
- 48
- erstes Bordnetz
- 50
- zweites Bordnetz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054630 A1 [0003]
- CN 2812395 [0004]
