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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei Elektrofahrzeugen, bei denen ein Elektromotor das Antriebsdrehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellt, werden die in dem Fahrzeug angeordneten Nebenaggregate, beispielsweise der Klimakompressor oder die Hydraulikpumpe zur Lenkkraftunterstützung, über einen weiteren Elektromotor, der ein Aggregatantriebsdrehmoment bereitstellt, angetrieben. In
DE 199 23 229 A1 wird ein derartiges als elektrisch angetriebener Kompressor ausgebildetes Nebenaggregat beschrieben.
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In
DE 198 30 312 A1 wird ein Hybridkompressor beschrieben, bei dem ein Elektromotor und ein weiteres Antriebselement den Antrieb des Nebenaggregats bewirken. Das weitere Antriebselement ist über eine Trennkupplung mit dem Nebenaggregat verbunden. Der Hybridkompressor umfasst einen Freilauf, damit das Drehmoment ausschließlich in die Richtung von dem Elektromotor zu dem Kompressor übertragen wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Antrieb eines Nebenaggregats effizienter und kostengünstiger umzusetzen.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann das Nebenaggregat einfacher und kostengünstiger angetrieben werden. Ein das Aggregatantriebsdrehmoment bewirkender zusätzlicher Elektromotor kann entfallen. Weiterhin kann das Nebenaggregat effizienter und energiesparender, sowie in einem optimalen Betriebsbereich betrieben werden.
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Durch das Übertragungsgetriebe kann eine ausreichende Leistung des Nebenaggregats bei niedrigen Antriebsdrehzahlen des Elektromotors, beispielsweise bei geringen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs bewirkt werden. Außerdem kann das Nebenaggregat bei hohen Antriebsdrehzahlen des Elektromotors effizienter betrieben und eine Überschreitung einer maximalen Drehzahl des Aggregateingangs verhindert werden.
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Das Nebenaggregat kann ein Klimakompressor, eine Hydraulikpumpe, insbesondere zur Lenkkraftunterstützung, eine Wasserpumpe und/oder ein Bremskraftverstärker sein. Das Nebenaggregat kann als Axialkolbenverdichter ausgeführt sein. Das Nebenaggregat kann als Wärmepumpe betreibbar sein.
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Die Drehachse des Aggregateingangs und/oder die Drehachse des Übertragungseingangs kann gleich oder parallel zu der Drehachse des Getriebeeingangs sein. Das Nebenaggregat und/oder die Übertragungsvorrichtung kann bei paralleler Anordnung über eine Verbindungsvorrichtung zur Übertragung des Aggregatantriebsdrehmoments angekoppelt sein. Die Verbindungsvorrichtung kann wenigstens ein Zahnrad, einen Riemen und/oder eine Kette aufweisen. Die Übertragungsvorrichtung kann die Verbindungsvorrichtung umfassen.
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Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Das Hybridfahrzeug kann einen Verbrennungsmotor zur alternativen oder zusätzlichen Bereitstellung des Antriebsdrehmoments aufweisen.
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Der Abtrieb kann ein Differenzialgetriebe, eine Fahrzeugachse und/oder ein Fahrzeugrad des Fahrzeugs sein.
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Der Elektromotor kann einen Stator und einen drehbaren Rotor aufweisen. Der Rotor kann mit dem Motorausgang drehfest verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, sein. Das Fahrzeug kann hauptsächlich durch das Antriebsdrehmoment des Elektromotors angetrieben sein.
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Die Getriebevorrichtung kann wenigstens einen Planetenradsatz und/oder eine Stirnradstufe aufweisen. Die Getriebevorrichtung kann eine oder mehrere Übersetzungsstufen aufweisen. Der Getriebeeingang und der Motorausgang können drehfest verbunden, insbesondere einteilig ausgeführt, sein.
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Die Übertragungsvorrichtung kann einen Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, aufweisen. Der Drehschwingungsdämpfer kann wirksam vor der Übersetzungsstufe des Übertragungsgetriebes angeordnet sein.
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Das Übertragungsgetriebe kann wenigstens einen Planetenradsatz und/oder eine Stirnradstufe aufweisen. Das Übertragungsgetriebe kann mit einem Fluid geschmiert sein. Das Übertragungsgetriebe kann eine Synchronisierung aufweisen. Das Übertragungsgetriebe kann eine Klauenkupplung aufweisen. Der Planetenradsatz kann schaltbar sein, insbesondere über wenigstens eine Bremse und/oder einen Freilauf. Das Übertragungsgetriebe kann mehr als zwei Übersetzungsstufen aufweisen.
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Das Aggregatantriebsdrehmoment kann von dem Antriebsdrehmoment abgezweigt sein. Das Aggregatantriebsdrehmoment kann als Schubmoment von dem Abtrieb bereitgestellt sein.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Übertragungsvorrichtung in Bezug auf eine Übertragung des Antriebsdrehmoments wirksam vor der Getriebevorrichtung angeordnet.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung ist der Übertragungseingang mit dem Getriebeeingang drehfest verbunden. Der Übertragungseingang kann einteilig mit dem Getriebeeingang ausgeführt sein.
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In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung ist die Übertragungsvorrichtung parallel wirksam zu der Getriebevorrichtung angeordnet und das Antriebsdrehmoment und das Aggregatantriebsdrehmoment verlaufen wenigstens ab dem Übertragungseingang parallel.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Umschaltung zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe abhängig von einer Drehzahl des Übertragungseingangs und/oder abhängig von einer Drehzahl des Aggregateingangs. Dadurch kann das Nebenaggregat in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Die Umschaltung kann abhängig von einer durch das Nebenaggregat aufzubringenden Leistung sein.
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In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung erfolgt die Umschaltung durch ein elektrisches Steuersignal von außerhalb der Übertragungsvorrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt die Umschaltung autark durch die Übertragungsvorrichtung abhängig von einer Drehzahl. Die Umschaltung kann abhängig von einer Fliehkraft und/oder einer Drehrichtung erfolgen.
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In einer speziellen Ausführung der Erfindung bewirkt die erste Übersetzungsstufe eine Untersetzung und die zweite Übersetzungsstufe eine Übersetzung jeweils zwischen dem Übertragungseingang und dem Aggregateingang. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich. Auch kann die erste und zweite Übersetzungsstufe jeweils eine Übersetzung oder eine Untersetzung bewirken. Die Untersetzung kann zwischen 0,1 und 0,5 betragen. Die Übersetzung kann zwischen 1,0 und 3,0 sein.
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In einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung ist wirksam zwischen dem Motorausgang und dem Abtrieb ein erstes Trennelement zur wahlweisen Unterbrechung der Übertragung des Antriebsdrehmoments angeordnet, wobei das erste Trennelement der Übertragungsvorrichtung in Bezug auf eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor und dem Abtrieb nachgeschaltet ist. Dadurch kann ein Betrieb des Nebenaggregats durch das Antriebsdrehmoment auch bei stehendem Fahrzeug erfolgen. Das erste Trennelement kann als Kupplung ausgeführt sein. Das erste Trennelement kann eine Reibungskupplung und/oder eine Magnetkupplung aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist wirksam zwischen dem Motorausgang und dem Aggregateingang ein zweites Trennelement zur wahlweisen Unterbrechung der Übertragung des Aggregatantriebsdrehmoments angeordnet, wobei das zweite Trennelement parallel zu der Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor und dem Abtrieb angeordnet ist. Dadurch kann das Nebenaggregat entkoppelt und beispielsweise bei betriebenem Elektromotor abgeschaltet werden. Die Übertragungsvorrichtung kann das zweite Trennelement aufweisen. Das zweite Trennelement kann als Kupplung ausgeführt sein. Das zweite Trennelement kann eine Magnetkupplung und/oder eine Reibungskupplung aufweisen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen schematischen Aufbau einer Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat in einer speziellen Ausführung der Erfindung.
- 2: Einen schematischen Aufbau einer Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat in einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung.
- 3: Ein Kurvendiagramm einer Antriebsvorrichtung für ein Nebenaggregat in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Antriebsvorrichtung 10 für ein Nebenaggregat 12 in einer speziellen Ausführung der Erfindung. Das Nebenaggregat 12 ist in einem Fahrzeug 14, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, angeordnet und kann ein Klimakompressor, eine Hydraulikpumpe, insbesondere zur Lenkkraftunterstützung, eine Wasserpumpe und/oder ein Bremskraftverstärker sein.
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Die Antriebsvorrichtung 10 weist einen ein Antriebsdrehmoment Ta zum hauptsächlichen Antrieb des Fahrzeugs 14 bereitstellenden Elektromotor 16 auf. Zwischen dem Elektromotor 16 und einem Abtrieb 18 des Fahrzeugs 14, hier einem einer Fahrzeugachse 20 zugeordneten Differenzialgetriebe 22, ist eine Getriebevorrichtung 24 zur Übertragung des Antriebsdrehmoments Ta von dem Elektromotor 16 auf den Abtrieb 18 angeordnet. Der Elektromotor 16 weist einen Stator und einen drehbaren Rotor auf, der mit einem Motorausgang 26 drehfest verbunden ist. Die Getriebevorrichtung 24 weist einen Getriebeeingang 28 auf, der mit dem Motorausgang 26 zur Übertragung des Antriebsdrehmoments Ta drehfest verbunden ist. Die Getriebevorrichtung 24 weist wenigstens eine Übersetzungsstufe 30 auf, die durch einen Planetenradsatz oder eine Stirnradstufe gebildet wird.
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Eine Übertragungsvorrichtung 32 ist in Bezug auf eine Übertragung des Antriebsdrehmoments Ta vor der Getriebevorrichtung 24 und wirksam zwischen dem Elektromotor 16 und dem Nebenaggregat 12 angeordnet. Die Übertragungsvorrichtung 32 weist einen Übertragungseingang 34 auf, der mit dem Getriebeeingang 28 drehfest verbunden oder einteilig ausgeführt ist.
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Das Nebenaggregat 12 weist einen Aggregateingang 36 zum Antrieb des Nebenaggregats 12 durch ein Aggregatantriebsdrehmoment Tn auf. Die Drehachse des Übertragungseingangs 34 ist gleich zu der Drehachse des Getriebeeingangs 28. Die Übertragungsvorrichtung 32 ist parallel wirksam zu der Getriebevorrichtung 24 angeordnet und das Antriebsdrehmoment Ta und das Aggregatantriebsdrehmoment Tn verlaufen wenigstens ab dem Übertragungseingang 34 parallel. Das Aggregatantriebsdrehmoment Tn ist dabei von dem Antriebsdrehmoment Ta an dem Getriebeeingang 28 abgezweigt. Das Aggregatantriebsdrehmoment Tn kann auch über die Getriebevorrichtung 24 als Schubmoment von dem Abtrieb 18 bereitgestellt werden, beispielsweise bei ausrollendem Fahrzeug 14.
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Der Aggregateingang 36 ist über die Übertragungsvorrichtung 32 mit dem Motorausgang 26 gekoppelt, wobei die Übertragungsvorrichtung 32 ein Übertragungsgetriebe 38 mit wenigstens einer ersten Übersetzungsstufe 40 einer und zweiten abwechselnd umschaltbaren Übersetzungsstufe 42 zur Übertragung des Aggregatantriebsdrehmoments Tn aufweist. Das Übertragungsgetriebe 38 umfasst wenigstens einen Planetenradsatz und/oder eine Stirnradstufe. Dadurch kann das Nebenaggregat 12 einfacher und kostengünstiger angetrieben werden. Ein das Aggregatantriebsdrehmoment Tn bewirkender zusätzlicher Elektromotor kann entfallen.
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Weiterhin kann das Nebenaggregat 12 durch das Übertragungsgetriebe 38 effizienter und energiesparender in einem optimalen Betriebsbereich betrieben und beispielsweise eine ausreichende Kälteleistung bei niedrigen Antriebsdrehzahlen des Elektromotors 16, beispielsweise bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, bewirkt werden. Außerdem kann das Nebenaggregat 12 bei hohen Antriebsdrehzahlen des Elektromotors 16 effizienter betrieben werden.
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Die Umschaltung zwischen der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 40 kann abhängig von einer Drehzahl des Übertragungseingangs 34 und/oder abhängig von einer Drehzahl des Aggregateingangs 36 sein. Dadurch kann das Nebenaggregat 12 in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Die Umschaltung kann abhängig von einer durch das Nebenaggregat 12 aufzubringenden Leistung erfolgen. Die Umschaltung kann durch ein elektrisches Steuersignal von außerhalb der Übertragungsvorrichtung 32 oder autark durch die Übertragungsvorrichtung 32 abhängig von einer Drehzahl, insbesondere der Drehzahl des Übertragungseingangs 34, erfolgen.
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Die erste Übersetzungsstufe 40 kann eine Untersetzung und die zweite Übersetzungsstufe 42 eine Übersetzung jeweils zwischen dem Übertragungseingang 34 und dem Aggregateingang 36 bewirken. Die Untersetzung kann zwischen 0,1 und 0,5 und die Übersetzung zwischen 1,0 und 3,0 sein.
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In 2 ist ein schematischer Aufbau einer Antriebsvorrichtung 10 für ein Nebenaggregat in einer weiteren speziellen Ausführung der Erfindung dargestellt. Der Aufbau gleicht dem in 1 abgebildeten Aufbau mit nachfolgenden Ergänzungen und Unterschieden.
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Die Getriebevorrichtung 24 umfasst ein erstes Trennelement 44 zur wahlweisen Unterbrechung der Übertragung des Antriebsdrehmoments Ta. Das Trennelement 44 ist wirksam zwischen dem Getriebeeingang 28 und dem Abtrieb 18 vor der Übersetzungsstufe 30 angeordnet. Das erste Trennelement 44 ist der Übertragungsvorrichtung 32 in Bezug auf eine Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 16 und dem Abtrieb 18 nachgeschaltet. Dadurch kann ein Betrieb des Nebenaggregats 12 durch das Antriebsdrehmoment Ta auch bei stehendem Fahrzeug 14 erfolgen. Das erste Trennelement 44 kann als Kupplung ausgeführt sein.
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Ein zweites Trennelement 46 zur wahlweisen Unterbrechung der Übertragung des Aggregatantriebsdrehmoments Tn ist wirksam zwischen dem Motorausgang 26 und dem Aggregateingang 36 angeordnet. Das zweite Trennelement 46 ist parallel zu der Drehmomentübertragung zwischen dem Elektromotor 16 und dem Abtrieb 18 angeordnet. Dadurch kann das Nebenaggregat 12 entkoppelt und beispielsweise bei betriebenem Elektromotor 16 abgeschaltet werden. Die Übertragungsvorrichtung 32 weist das zweite Trennelement 44 auf. Das Trennelement 44 ist wirksam vor der ersten und zweiten Übersetzungsstufe 40, 42 der Übertragungsvorrichtung 32 angeordnet.
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Die Drehachse des Aggregateingangs 36 ist parallel zu der Drehachse des Getriebeeingangs 28 angeordnet. Die Übertragungsvorrichtung 32 weist außerdem einen Drehschwingungsdämpfer 48, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, auf, der in Bezug auf eine Übertragung des Aggregatantriebsdrehmoments Tn vor dem zweiten Trennelement 46 angeordnet ist.
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3 zeigt ein Kurvendiagramm einer Antriebsvorrichtung 10 für ein Nebenaggregat in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist die Drehzahl n des Aggregateingangs über die Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs, die mit der Antriebsdrehzahl des Elektromotors zusammenhängt, aufgetragen. Ab einer vorgegebenen ersten Fahrgeschwindigkeit v1 als Startpunkt wird die erste Übersetzungsstufe 40, die einer Übersetzung zur Erhöhung der Drehzahl n des Aggregateingangs gegenüber der Drehzahl des Übertragungseingangs entspricht, geschaltet. Die erste Übersetzungsstufe 40 wird solange geschaltet, bis eine vorgegebene zweite Fahrgeschwindigkeit v2 erreicht ist. Würde die erste Übersetzungsstufe 40 über alle Fahrgeschwindigkeiten v beibehalten werden, würde eine maximale Drehzahl nmax des Aggregateingangs erreicht und überschritten werden.
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Deshalb wird von der ersten Übersetzungsstufe 40 in die zweite Übersetzungsstufe 42, die einer Untersetzung entspricht, umgeschaltet. Dabei fällt die Drehzahl n des Aggregateingangs bis auf eine minimale Drehzahl nmin des Aggregateingangs ab und steigt mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit v wieder an. Auch kann der Umschaltvorgang anstelle von der zweiten Fahrgeschwindigkeit v2 von der minimalen Drehzahl nmin des Aggregateingangs abhängig sein, die durch die Umschaltung erreicht oder leicht überschritten wird. Dadurch wird das Nebenaggregat in einem optimalen Betriebsbereich 50 gehalten und die Leistung und der Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung werden erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsvorrichtung
- 12
- Nebenaggregat
- 14
- Fahrzeug
- 16
- Elektromotor
- 18
- Abtrieb
- 20
- Fahrzeugachse
- 22
- Differenzialgetriebe
- 24
- Getriebevorrichtung
- 26
- Motorausgang
- 28
- Getriebeeingang
- 30
- Übersetzungsstufe
- 32
- Übertragungsvorrichtung
- 34
- Übertragungseingang
- 36
- Aggregateingang
- 38
- Übertragungsgetriebe
- 40
- Übersetzungsstufe
- 42
- Übersetzungsstufe
- 44
- Trennelement
- 46
- Trennelement
- 48
- Drehschwingungsdämpfer
- 50
- Betriebsbereich
- Ta
- Antriebsdrehmoment
- Tn
- Aggregatantriebsdrehmoment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19923229 A1 [0002]
- DE 19830312 A1 [0003]
