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Die Erfindung betrifft eine Achsenbaugruppe mit einer elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit einer Achsenbaugruppe.
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Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren werden immer strengere Anforderungen an den CO2-Ausstoss gestellt. Dies gilt im besonderen Maß auch für Nutzfahrzeuge und somit auch für Gespanne aus einer Zugmaschine und einem Anhänger. Durch eine Vielzahl von technischen Verbesserungen insbesondere der Verbrennungsmotoren konnten die CO2-Emissionen von Fahrzeugen bereits erheblich reduziert werden. Inzwischen ist das wirtschaftlich nutzbare Optimierungspotential bei Verbrennungsmotoren aber weitgehend ausgeschöpft, so dass jede weitere Verbesserung einen vergleichsweise hohen technischen Aufwand erfordert.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, mit einem vertretbaren Aufwand eine Reduzierung der CO2-Emissionen eines Gespanns aus einer Zugmaschine und einem Anhänger zu erreichen.
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Der Begriff Anhänger soll dabei sehr weit gefasst sein und insbesondere auch Auflieger eines Sattelzugs umfassen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
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Die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe eines Anhängers eines Fahrzeugs weist eine drehbar gelagerte Welle, eine elektrische Antriebs-/Generator-Einheit wahlweise zum Antreiben der Welle oder zum Erzeugen von elektrischer Energie aus der Rotationsbewegung der Welle und ein Radlager mit einem Außenring auf. Der Außenring weist einen Satz von ersten Befestigungsbohrungen auf, die auf einer ersten Kreislinie angeordnet sind und einen Satz von zweiten Befestigungsbohrungen, die auf einer zweiten Kreislinie angeordnet sind. Die erste Kreislinie weist einen größeren Radius auf als die zweite Kreislinie. Die zweiten Befestigungsbohrungen dienen der Ausbildung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Außenring und der Welle.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass sie mit vertretbarem Aufwand eine Reduktion der CO2-Emissionen ermöglicht. Die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit kann überschüssige mechanische Energie beispielsweise in einem Schiebebetrieb des Anhängers in elektrische Energie umwandeln, die zu einem späteren Zeitpunkt wieder in mechanische Energie umgewandelt und zum Antreiben des Anhängers genutzt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe eine herkömmliche Achsenbaugruppe ersetzen kann, ohne dass aufwendige Änderungen an der Konstruktion des Anhängers vorgenommen werden müssen. Dies wird insbesondere durch die Ausgestaltung des Außenrings mit zwei Sätzen von Befestigungsbohrungen ermöglicht, durch die der Außenring als eine Schnittstelle für die Anbindung des Rads an die Welle nutzbar ist.
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Demgemäß können die ersten Befestigungsbohrungen der Ausbildung einer mechanischen Verbindung mit einem Radadapter oder einer Felge dienen. Der Außenring kann zwei axial nebeneinander angeordnete Laufbahnen aufweisen. Weiterhin kann der Außenring einteilig ausgebildet sein. Dadurch ist eine erhebliche Gewichtseinsparung im Vergleich zu einer mehrteiligen Ausbildung möglich. Insbesondere kann der Außenring geschmiedet sein. Dies ermöglicht eine hohe Festigkeit und Härte und dennoch ausreichend Spielraum bei der Formgebung.
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Die Anzahl der ersten Befestigungsbohrungen kann größer sein als die Anzahl der zweiten Befestigungsbohrungen. Weiterhin kann der Durchmesser der ersten Befestigungsbohrungen jeweils größer sein als der Durchmesser der zweiten Befestigungsbohrungen. Zudem können die ersten und zweiten Befestigungsbohrungen in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein. Da über die zweiten Befestigungsbohrungen kleinere Kräfte übertragen werden als über die ersten Befestigungsbohrungen, kann durch die unterschiedliche Ausbildung in Anzahl und/oder Größe der Herstellungsaufwand reduziert werden und die Abmessungen des Außenrings können kompakt gehalten werden. Dies ermöglicht eine kompatible Ausbildung des Außenrings mit herkömmlichen Außenringen, die lediglich einen Satz von Befestigungsbohrungen aufweisen und hat den weiteren Vorteil der Gewichtsersparnis.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Achsenbaugruppe eines Anhängers eines Fahrzeugs, mit einem Radlager, das einen Außenring aufweist, einer Welle, einer Kupplung, einem Gleichlaufgelenk oder einer Gelenkwelle, einem Getriebe, einer elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit wahlweise zum Antreiben der Welle oder zum Erzeugen von elektrischer Energie aus der Rotationsbewegung der Welle und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit. Die Welle ist mechanisch mit dem Außenring verbunden und über die Kupplung, das Gleichlaufgelenk oder die Gelenkwelle und das Getriebe von der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit antreibbar.
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Die Kupplung, das Gleichlaufgelenk oder die Gelenkwelle, das Getriebe und die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit sind vorzugsweise in dieser Reihenfolge axial nebeneinander angeordnet. Bei der Kupplung kann es sich um eine betätigbare Kupplung handeln, mit der eine Wirkverbindung zwischen zwei Komponenten, beispielsweise der Welle und dem Gleichlaufgelenk, wahlweise ausgebildet und aufgehoben werden kann. Insbesondere kann im Fall einer betätigbaren Kupplung diese über einen Reibschluss ein Moment übertragen. Insbesondere kann ferner die Ausbildung der Wirkverbindung auch über ein Zahnrad erfolgen, das über einen Schaltbefehl axial auf eine Motorwelle in einen Eingriff mit einem Gegenzahnrad gebracht und bei einem Abschalten entsprechend aus dem Eingriff mit dem Gegenzahnrad gebracht wird.
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Mit Ausnahme des Radlagers können sämtliche Komponenten der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe innerhalb eines Achsrohrs angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau. Es besteht aber auch die Möglichkeit einige Komponenten wie z. B. die Welle und die Kupplung innerhalb des Achsrohrs und andere Komponenten wie z. B. das Getriebe, die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit und die Steuereinrichtung außerhalb des Achsrohres anzuordnen. Dadurch entstehen mehr Freiheiten bzgl. der Abmessungen der Komponenten.
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Die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe kann zudem eine Batterie zum Speichern der mit der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit erzeugten elektrischen Energie aufweisen. Dies trägt dazu bei, die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe als Funktionseinheit autark zu gestalten. Außerdem wird dadurch eine autarke Gestaltung des Anhängers in Bezug auf die Zugmaschine erleichtert, so dass der mit der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe ausgestattete Anhänger auch von einer herkömmlichen Zugmaschine gezogen werden kann, die nicht auf die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe abgestimmt ist und dennoch die Funktionalität der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe zur Verfügung steht.
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Die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe kann zwei Radlager mit je einem Außenring, zwei Wellen, zwei Kupplungen, zwei Gleichlaufgelenke oder Gelenkwellen und zwei Getriebe aufweisen. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe zwei elektrische Antriebs-/Generator-Einheiten aufweisen. Schließlich kann die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe zwei Batterien aufweisen.
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Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Anhänger eines Fahrzeugs, wobei der Anhänger eine erfindungsgemäße Achsenbaugruppe aufweist.
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Die Erfindung bezieht sich zudem auf ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit einer Achsenbaugruppe eines Anhängers eines Fahrzeugs, wobei die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit wahlweise in einem Motorbetrieb oder in einem Generatorbetrieb betreibbar ist, die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit im Motorbetrieb elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, die zum Antreiben des Anhängers genutzt wird, die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit im Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, im Bereich einer Koppeleinrichtung, mit der der Anhänger mit dem Fahrzeug gekoppelt ist, wenigstens eine Messgröße ermittelt wird und auf Basis der Messgröße entschieden wird, ob die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit im Motorbetrieb oder im Generatorbetrieb betrieben wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der Anhänger autark von der Zugmaschine Energie zurückgewinnen und für seinen Antrieb nutzen kann. Dabei kann auch die Steuerung dieses Vorgangs autark von der Zugmaschine erfolgen. Demgemäß kann auf diese Weise durch den Anhänger die CO2-Emission einer beliebigen Zugmaschine im Anhängerbetrieb gesenkt werden
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Bei der Koppeleinrichtung kann es sich um einen Königszapfen handeln, insbesondere wenn der Anhänger als ein Sattelauflieger ausgebildet ist. In den Generatorbetrieb kann umgeschaltet werden, wenn eine auf die Koppeleinrichtung des Anhängers wirkende Kraft entgegen der Fahrtrichtung des Anhängers verläuft. Dies deutet auf einen Schiebebetrieb hin, in dem überschüssige mechanische Energie verfügbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass nur dann in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wenn wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist. Die weitere Bedingung kann insbesondere die Fahrsicherheit des Anhängers betreffen oder so gestaltet sein, dass nur dann in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wenn eine nennenswerte Energierückgewinnung zu erwarten ist. Dies hat den Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Fahrsicherheit nicht beeinträchtigt wird und ein besonders wirtschaftlicher Betrieb möglich ist.
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Beispielsweise kann die weitere Bedingung darin bestehen, dass der Betrag der auf die Koppeleinrichtung des Anhängers wirkenden Kraft einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass bereits bei einem geringfügigen Schiebebetrieb, der nicht für eine Energierückgewinnung genutzt werden kann, in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird.
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Weiterhin kann die weitere Bedingung darin bestehen, dass die Raddrehzahl des Anhängers einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wenn der Anhänger bereits fast zum Stillstand gekommen ist und deshalb eine Energierückgewinnung nur noch in einem sehr geringen Maß möglich ist. Der vorgegebene Mindestwert kann beispielweise so gewählt werden, dass er einer Geschwindigkeit des Anhängers von 10 km/h entspricht.
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Die weitere Bedingung kann auch darin bestehen, dass die Differenz zwischen dem erfassten Drehwinkel der Koppeleinrichtung und dem Drehwinkel für eine Geradeausfahrt in Vorwärtsrichtung einen Absolutbetrag aufweist, der einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass durch ein Aktivieren des Generatorbetriebs bei einer Kurvenfahrt die Fahrsicherheit beeinträchtigt wird. Der vorgegebene Höchstwert kann beispielsweise 10° betragen.
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Die weitere Bedingung kann auch darin bestehen, dass die Radaufstandskraft oder eine damit korrelierte Größe eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Dies dient ebenfalls der Fahrsicherheit.
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Zur Umschaltung in den Generatorbetrieb kann eine Kupplung so angesteuert werden, dass die Drehbewegung eines Rads des Anhängers auf die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit übertragen wird. Die im Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie kann in eine Batterie eingespeist werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann in den Motorbetrieb umgeschaltet werden, wenn die auf die Koppeleinrichtung des Anhängers wirkende Kraft in Fahrtrichtung des Anhängers verläuft. Unter dieser Bedingung ist davon auszugehen, dass sich der Anhänger im Zugbetrieb befindet und demgemäß ein Beitrag zum Antreiben des Anhängers sinnvoll ist.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass nur dann in den Motorbetrieb umgeschaltet wird, wenn wenigstens eine weitere Bedingung erfüllt ist. Die weitere Bedingung kann insbesondere die Fahrsicherheit des Anhängers betreffen oder so gestaltet sein, dass nur dann in den Motorbetrieb umgeschaltet wird, wenn davon auszugehen ist, dass der Motorbetrieb effizient ist.
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Beispielsweise kann die weitere Bedingung darin bestehen, dass der Betrag der auf die Koppeleinrichtung des Anhängers wirkenden Kraft einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass fortwährend kurzzeitig in den Motorbetrieb umgeschaltet wird, ohne dass dies einen nennenswerten Nutzen mit sich bringt.
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Die weitere Bedingung kann auch darin bestehen, dass die Differenz zwischen dem erfassten Drehwinkel der Koppeleinrichtung und dem Drehwinkel für eine Geradeausfahrt in Vorwärtsrichtung einen Absolutbetrag aufweist, der einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass durch ein Aktivieren des Motorbetriebs bei einer Kurvenfahrt die Fahrsicherheit beeinträchtigt wird. Der vorgegebene Höchstwert kann beispielsweise 10° betragen.
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Die weitere Bedingung kann auch darin bestehen, dass die Radaufstandskraft oder eine damit korrelierte Größe eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Dies dient ebenfalls der Fahrsicherheit.
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Zur Umschaltung in den Motorbetrieb kann die Kupplung so angesteuert werden, dass die Drehbewegung der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit auf ein Rad des Anhängers übertragen wird. Die im Motorbetrieb benötigte elektrische Energie kann der Batterie entnommen werden.
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Die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe kann so ausgebildet sein, dass mit ihrer Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Radlagers in Aufsicht,
- 3 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Radlagers in Schnittdarstellung und
- 4 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Radlagers in einer weiteren Schnittdarstellung,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer 1 entsprechenden Darstellung und
- 6 ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer 1 entsprechenden Darstellung.
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Die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe ist für den Einsatz bei Anhängern von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen vorgesehen. Ein typischer Anwendungsfall ist ein Sattelauflieger eines Sattelzugs. Dort kann für wenigstens eine der typischerweise drei Fahrzeugachsen die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe verwendet werden. Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Sattelaufliegers beschrieben, ist aber nicht darauf begrenzt, sondern auch bei anderen Anhängern anwendbar.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer schematischen Darstellung. Die Darstellung ist stark abstrahiert und soll lediglich die prinzipielle Anordnung der einzelnen Komponenten insbesondere im Hinblick auf ihr funktionelles Zusammenspiel verdeutlichen, d. h. 1 repräsentiert nicht die tatsächliche und maßstäbliche geometrische Anordnung. Dargestellt ist nicht die komplette Achsenanordnung, sondern lediglich die Hälfte der Achsenanordnung von der Radseite bis zur Mitte, da sich nach der Mitte alle Komponenten spiegelbildlich wiederholen. Die Achsenanordnung kann aber auch so abgewandelt werden, dass einige Komponenten nur in einfacher Ausführung vorhanden sind. Dies wird an anderer Stelle noch näher erläutert.
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Die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe weist ein Radlager 1 mit einem Außenring 2 sowie einem ersten Innenring 3 und einem zweiten Innenring 4 auf. Details zum Aufbau des Radlagers 1 können den 2 bis 4 entnommen werden. Der Außenring 2 ist mittels eines Satzes erster Schrauben 5 mit einem Radadapter 6 und mittels eines Satzes zweiter Schrauben 7 mit einem flanschartig ausgebildeten Ende einer Welle 8 mechanisch verbunden. Am Radadapter 6 ist ein Rad 9 befestigt. Demgemäß rotiert die Welle 8 in gleicher Weise wie das Rad 9. Die mechanische Verbindung des Außenrings 2 mit dem Radadapter 6 ist bezüglich der Rotationsachse des Außenrings 2 radial weiter außen ausgebildet als die mechanische Verbindung mit der Welle 8.
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Die Innenringe 3, 4 sind mit einem Achsrohr 10, das die Welle 8 konzentrisch umschließt, mechanisch verbunden. Auf das Achsrohr 10 stützt sich ein Balg 11 einer Luftfederung ab. Auch bei rotierender Welle 8 verharren die Innenringe 3,4 und das Achsrohr 10 im Ruhezustand, d. h. sie rotieren nicht.
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Im Bereich ihres zweiten Endes ist die Welle 8 mit einer Kupplung 12 mechanisch verbunden. Die Kupplung 12 ist wiederum mit einem Gleichlaufgelenk 13, beispielsweise einem Tripodengelenk, mechanisch verbunden. Das Gleichlaufgelenk 13 ist mit einem Getriebe 14 mechanisch verbunden, das insbesondere als ein Planetengetriebe ausgebildet sein kann. Das Getriebe 14 ist weiterhin mit einer elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 mechanisch verbunden, die von einer Steuereinrichtung 16 gesteuert wird.
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An die Steuereinrichtung 16 ist eine Batterie 17, beispielsweise eine Lithiumionen-Batterie, angeschlossen. Weiterhin sind an die Steuereinrichtung 16 wenigstens ein Sensor 18 zur Erfassung der Raddrehzahl D, wenigstens ein Sensor 19 zur Erfassung einer Radaufstandskraft LR, wenigstens ein Sensor 20 zur Erfassung einer Lagerkraft LL, wenigstens ein Sensor 21 zur Erfassung eines Drucks LB im Balg 11 der Luftfederung und weitere Sensoren zur Erfassung des Zusammenspiels zwischen einem Königszapfen 22 des Sattelaufliegers und einem Sattel 23 der Zugmaschine angeschlossen. Dabei erfasst ein erster weiterer Sensor 24 die Richtung und den Betrag einer zwischen dem Königszapfen 22 und dem Sattel 23 wirkenden Kraft F. Dieser wird im Folgenden als Sensor 24 zur Erfassung der Kraft F am Königszapfen 22 bezeichnet. Ein zweiter weiterer Sensor 25 erfasst einen Drehwinkel W, um den der Königszapfen 22 relativ zum Sattel 23 verdreht ist. Dieser wird im Folgenden als Sensor 25 zur Erfassung des Drehwinkels W des Königszapfens 22 bezeichnet. Der Sensor 19 zur Erfassung der Radaufstandskraft LR, der Sensor 20 zur Erfassung der Lagerkraft LL und der Sensor 21 zur Erfassung des Drucks LB im Balg 11 der Luftfederung liefern zum Teil redundante Informationen, do dass einer oder mehrere dieser Sensoren auch entfallen können.
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Bevor auf die Funktionsweise der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe näher eingegangen wird, soll zunächst der Aufbau des Radlagers 1 anhand der 2 bis 4 beschrieben werden.
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Das Radlager 1 ist als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet. Der einteilig ausgebildete Außenring 2 ist geschmiedet und weist eine erste äußere Laufbahn 26 und eine zweite äußere Laufbahn 27 auf, die in einem Abstand axial nebeneinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass beide äußeren Laufbahnen 26, 27 integrale Bestandteile desselben Bauteils sind und es sich bei dem Außenring 2 nicht um ein aus mehreren Komponenten zusammengesetztes Bauteil handelt. Weiterhin weist der Außenring 2 einen Satz von ersten Befestigungsbohrungen 28 auf, die auf einer ersten Kreislinie angeordnet sind. Außerdem weist der Außenring 2 einen Satz von zweiten Befestigungsbohrungen 29 auf, die auf einer zweiten Kreislinie angeordnet sind, wobei die erste Kreislinie einen größeren Radius aufweist als die zweite Kreislinie. Die ersten Befestigungsbohrungen 28 und die zweiten Befestigungsbohrungen 29 sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet und jeweils als Gewindebohrungen ausgeführt. Die ersten Befestigungsbohrungen 28 weisen einen erheblich größeren Bohrungsdurchmesser auf als die zweiten Befestigungsbohrungen 29. Außerdem ist die Anzahl der ersten Befestigungsbohrungen 28 größer als die Anzahl der zweiten Befestigungsbohrungen 29. Beispielsweise können zwölf erste Befestigungsbohrungen 28 und sechs zweite Befestigungsbohrungen 29 vorgesehen sein. Die ersten Befestigungsbohrungen 28 dienen der Befestigung des Radadapters 5 oder der Felge am Außenring 2. Die zweiten Befestigungsbohrungen 29 dienen der Befestigung der Welle 8 am Außenring 2.
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Die beiden Innenringe 3, 4 sind axial nebeneinander angeordnet und berühren einander beim dargestellten Ausführungsbeispiel axial. Über einen Klemmring 30 sind die beiden Innenringe 3, 4 formschlüssig miteinander verbunden und dadurch gegen Trennen in Axialrichtung gesichert. Der erste Innenring 3 weist eine erste innere Laufbahn 31 auf. Der zweite Innenring 4 weist eine zweite innere Laufbahn 32 auf.
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Zwischen der ersten inneren Laufbahn 31 und der ersten äußeren Laufbahn 26 rollen erste Wälzkörper 33 ab. Zwischen der zweiten inneren Laufbahn 32 und der zweiten äußeren Laufbahn 27 rollen zweite Wälzkörper 34 ab. Die ersten Wälzkörper 33 und die zweiten Wälzkörper 34 sind jeweils als Kegelrollen ausgebildet. Die ersten Wälzkörper 33 werden in einem ersten Käfig 35 geführt. Die zweiten Wälzkörper 34 werden in einem zweiten Käfig 36 geführt.
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Der radiale Spalt zwischen den Innenringen 3, 4 und dem Außenring 2 wird im Bereich des ersten Innenrings 3 durch eine erste Dichtung 37 und im Bereich des zweiten Innenrings 4 durch eine zweite Dichtung 38 nach außen abgedichtet.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe näher erläutert:
- Insgesamt dient die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe dazu, überschüssige Energie beispielsweise bei einem Bremsvorgang oder einer Bergabfahrt des Sattelaufliegers zu speichern und später zum Beispiel für eine gewünschte Beschleunigung des Sattelaufliegers wieder verfügbar zu machen. Diese Funktion der Energierückgewinnung soll autark für den mit der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe ausgerüsteten Sattelauflieger verfügbar sein, ohne dass es einer Unterstützung durch die Zugmaschine bedarf. Mit anderen Worten, die Energierückgewinnung soll unabhängig von der Zugmaschine, an die der mit der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe ausgerüstete Sattelauflieger angekuppelt ist, möglich sein und der Sattelauflieger soll im Mischbetrieb mit herkömmlichen Sattelaufliegern einsetzbar sein. Dies wird dadurch erreicht, dass alle für die Energierückgewinnung benötigten Komponenten am Sattelauflieger verbaut sind und alle für die Energierückgewinnung benötigten Signale im Bereich des Sattelaufliegers verfügbar und unabhängig vom Typ der Zugmaschine sind.
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Um die Energierückgewinnung zu ermöglichen kann die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe wahlweise in zwei verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden. Bei den beiden Betriebszuständen handelt es sich um einen Generatorbetrieb und einen Motorbetrieb. Im Generatorbetrieb wird die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 als Generator betrieben und wandelt die mechanische Energie der rotierenden Welle 8 in elektrische Energie um. Die so erzeugte elektrische Energie wird in der Batterie 17 gespeichert. Im Motorbetrieb wird die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 als Motor betrieben und wandelt die in der Batterie 17 gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie um und treibt dadurch die Welle 8 an. Neben diesen beiden Betriebszuständen existiert noch ein neutraler Betriebszustand, in dem die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 weder als Generator noch als Motor betrieben wird und sich die erfindungsgemäße Achsenbaugruppe wie eine herkömmliche Achsenbaugruppe ohne elektrische Antriebs- oder Rekuperationsfunktion verhält. Im neutralen Betriebszustand ist die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 von der Welle 8 entkoppelt.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, zwischen den Betriebszuständen der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 so umzuschalten, dass zum einen eine hohe Energierückgewinnung möglich ist und zum anderen die Fahrsicherheit nicht beeinträchtigt wird. Im Einzelnen wird dabei folgendermaßen vorgegangen:
- Es wird zunächst geprüft, ob sich der Sattelauflieger gerade im Schiebebetrieb befindet. Dies kann z. B. bei Bergab-Fahrt oder beim Bremsen der Fall sein. Zur Erkennung des Schiebebetriebs wird das Signal des Sensors 24 für die Kraft F am 22 Königszapfen ausgewertet. Eine auf den Königszapfen 22 wirkende Kraft F entgegen der Fahrtrichtung des Sattelaufliegers zeigt an, dass sich der Sattelauflieger im Schiebebetrieb befindet. Allerdings lohnt sich eine Umschaltung der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 in den Generatorbetrieb nur bei einem ausreichend stark ausgeprägten Schiebebetrieb. Aus diesem Grund kann vorgesehen sein, dass nicht nur die Richtung, sondern auch der Betrag der Kraft F am Königszapfen 22 ermittelt wird. Wenn zusätzlich zur festgestellten Kraftrichtung entgegen der Fahrtrichtung der Betrag der Kraft F einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet, lohnt es sich, die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 in den Generatorbetrieb umzuschalten. Dies bedeutet aber nicht, dass in jedem Fall in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wenn die beiden genannten Bedingungen erfüllt sind. Mit anderen Worten, es handelt sich lediglich um notwendige, nicht jedoch um hinreichende Bedingungen. Bevor tatsächlich in den Generatorbetrieb umgeschaltet wird werden noch weitere Bedingungen geprüft.
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Eine erste weitere Bedingung betrifft die Raddrehzahl D. Gemäß dieser Bedingung wird die Umschaltung in den Generatorbetrieb nur dann durchgeführt, wenn der vom Sensor 18 zur Erfassung der Raddrehzahl D erfasste Wert einen Mindestwert für die Raddrehzahl D überschreitet. Mit dieser Bedingung soll sichergestellt werden, dass sich der Sattelauflieger schneller als eine Mindestgeschwindigkeit bewegt, da sich andernfalls ein Umschalten in den Generatorbetrieb nicht lohnt. Die Mindestgeschwindigkeit kann beispielsweise 10 km/h betragen.
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Eine zweite weitere Bedingung betrifft den Drehwinkel W des Königszapfens 22. Gemäß dieser Bedingung wird die Umschaltung in den Generatorbetrieb nur dann durchgeführt, wenn die Differenz aus dem vom Sensor 25 zur Erfassung des Drehwinkels W des Königszapfens 22 erfassten Wert und einem Vergleichswert für eine Geradeausfahrt in Vorwärtsrichtung einen Absolutbetrag aufweist, der einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass durch ein Aktivieren des Generatorbetriebs bei einer Kurvenfahrt die Fahrsicherheit beeinträchtigt wird. Der vorgegebene Höchstwert des Drehwinkels W kann beispielsweise 10° betragen.
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Eine dritte Bedingung betrifft die Radaufstandskraft LR. Gemäß dieser Bedingung wird die Umschaltung in den Generatorbetrieb nur dann durchgeführt, wenn der vom Sensor 19 zur Erfassung der Radaufstandskraft LR zwischen einem vorgegebenen Mindestwert und einem vorgegebenen Höchstwert liegt. Mit dieser Bedingung soll verhindert werden, dass durch das Aktivieren des Generatorbetriebs die Fahrsicherheit beeinträchtigt wird. Dies könnte beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Radaufstandskraft LR zum Beispiel wegen einer seitlich geneigten Fahrbahn sehr klein oder sehr groß ist. Es ist auch möglich die Radaufstandskräfte auf der linken und der rechten Seite des Sattelaufliegers miteinander zu vergleichen und die Umschaltung in den Generatorbetrieb nur dann durchzuführen, wenn die Abweichung der Radaufstandskräfte einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet. Anstelle oder zusätzlich zur Radaufstandskraft LR können auch die Lagerkraft LL und/oder der Druck LB im Balg 11 der Luftfederung in analoger Weise ausgewertet werden.
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Wenn die Prüfung sämtlicher Bedingungen ergeben hat, dass in den Generatorbetrieb umgeschaltet werden soll, steuert die Steuereinrichtung 16 die Kupplung 12 so an, dass durch die Kupplung 12 eine Wirkverbindung zwischen der Welle 8 und dem Gleichlaufgelenk 13 ausgebildet wird. Die Drehbewegung des Rads 9 wird somit über die ersten Schrauben 5 auf den Außenring 2 und von dort über die zweiten Schrauben 7 auf die Welle 8 übertragen. Da die zweiten Schrauben 7 nicht dafür ausgelegt sein müssen, das Rad 9 zu halten und Bremskräfte aufzunehmen, sondern lediglich die Nutzung der mechanischen Energie der Drehbewegung zu ermöglichen, können die zweiten Schrauben 7 schwächer ausgelegt werden als die ersten Schrauben 5 und es genügt eine geringere Anzahl. Demgemäß weisen die ersten Befestigungsbohrungen 28 des Außenrings 2 jeweils einen größeren Radius auf und sind in einer größeren Anzahl ausgebildet als die zweiten Befestigungsbohrungen 29.
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Das Gleichlaufgelenk 13 dreht sich somit mit der Welle 8 mit und diese Drehbewegung wird über das Getriebe 14 an die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 weitergegeben. Die mechanische Energie der Drehbewegung wird von der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 in elektrische Energie umgewandelt, die von der Steuereinrichtung 16 - gegebenenfalls nach Aufbereitung des elektrischen Signals - in die Batterie 17 eingespeist wird. Die Batterie 17 speichert diese elektrische Energie für eine Nutzung, wenn die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 in den Motorbetrieb umgeschaltet wird.
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Wenn sich der Sattelauflieger nicht im Schiebebetrieb befindet, wird geprüft, ob er sich in einem Zugbetrieb befindet und demgemäß die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 in den Motorbetrieb umgeschaltet werden soll. Ein Zugbetrieb kann beispielsweise beim Beschleunigen des Sattelaufliegers oder bei einer Bergauffahrt oder infolge des Luftwiderstands und der Reibung des Sattelaufliegers auch bei einer Fahrt auf ebener Strecke und mit konstanter Geschwindigkeit vorliegen. Zur Erkennung des Zugbetriebs wird wiederum das Signal des Sensors 24 für die Kraft F am Königszapfen 22 ausgewertet. Eine auf den Königszapfen 22 wirkende Kraft F in Fahrtrichtung des Sattelaufliegers zeigt an, dass sich der Sattelauflieger im Zugbetrieb befindet, so dass in den Motorbetrieb umgeschaltet werden könnte. Um ein zu häufiges Umschalten zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass nicht nur die Richtung, sondern auch der Betrag der Kraft F am Königszapfen 22 ermittelt wird. In diesem Fall wir nur dann in den Motorbetrieb umgeschaltet, wenn zusätzlich zur festgestellten Kraftrichtung in Fahrtrichtung der Betrag der Kraft F einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet.
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Es wird aber nicht in jedem Fall in den Motorbetrieb umgeschaltet, wenn eine passende Kraftrichtung und ggf. ein passender Betrag der Kraft F festgestellt werden. Aus Effizienz- und Sicherheitsgründen werden noch weitere Bedingungen geprüft, bevor tatsächlich in den Motorbetrieb umgeschaltet wird. Diese weiteren Bedingungen können in analoger Weise wie für das Umschalten in den Generatorbetrieb festgelegt werden, d. h. dass die erfasste Raddrehzahl D einen vorgegebenen Mindestwert überschreiten muss, der Absolutbetrag der Differenz zwischen dem erfassten Drehwinkel W des Königszapfens 22 und einem Vergleichswert einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreiten darf und die erfasste Radaufstandskraft LR oder die erfasste Lagerkraft LL oder der erfasste Druck LB im Balg 11 der Luftfederung zwischen einem vorgegebenen Mindestwert und einem vorgegebenen Höchstwert liegen muss oder eine sonstige Bedingung erfüllen muss.
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Wenn die Prüfung sämtlicher Bedingungen ergeben hat, dass in den Motorbetrieb umgeschaltet werden soll, steuert die Steuereinrichtung 16 die Kupplung 12 so an, dass durch die Kupplung 12 eine Wirkverbindung zwischen der Welle 8 und dem Gleichlaufgelenk 13 ausgebildet wird. Außerdem sorgt die Steuereinrichtung 16 dafür, dass die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 von der Batterie 17 mit elektrischer Energie versorgt und dadurch in Rotation versetzt wird.
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Die Drehbewegung der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 wird über das Getriebe 14, das Gleichlaufgelenk 13, die Kupplung 12, die Welle 8 und die zweiten Schrauben 7 auf den Außenring 2 übertragen. Von dort wird die Drehbewegung über die ersten Schrauben 5 - ggf. über einen Radadapter 6 - auf das Rad 9 übertragen und treibt dieses an.
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Es besteht die Möglichkeit, dass weder alle Bedingungen für die Umschaltungen in den Generatorbetrieb noch alle Bedingungen für die Umschaltung in den Motorbetrieb erfüllt sind. In diesem Fall wird in den neutralen Betriebszustand umgeschaltet, bzw. wenn bereits der neutrale Betriebszustand vorliegt, wird dieser beibehalten. Der neutrale Betriebszustand zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 weder elektrische Energie in die Batterie 17 einspeist noch elektrische Energie von dieser entnimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Steuereinrichtung 16 keine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Antriebs-/Generator-Einheit 15 und der Batterie 17 ausbildet. Außerdem wird die Kupplung 12 von der Steuereinrichtung 16 so angesteuert, dass durch die Kupplung 12 keine Wirkverbindung zwischen der Welle 8 und dem Gleichlaufgelenk 13 ausgebildet wird. Demgemäß führt die elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 trotz drehender Räder 9 keine Rotationsbewegung aus. Ebenso verharren das Gleichlaufgelenk 13 und das Getriebe 14 in einem Zustand ohne Rotationsbewegung. Auf diese Weise kann die Masse der rotierenden Komponenten im Standardbetrieb gering gehalten werden.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer 1 entsprechenden Darstellung. Die in 5 dargestellte Achsenbaugruppe unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 im Wesentlichen dadurch, dass das Gleichlaufgelenk 13 nicht gestreckt eingebaut, sondern so stark angewinkelt ist, dass es eine Aussparung im Achsrohr 10 durchdringt, so dass die mit dem Gleichlaufgelenk 13 verbundene Welle 8 innerhalb des Achrohrs 10 und das mit dem Gleichlaufgelenk 13 verbundene Getriebe 14 und die nachfolgenden Komponenten außerhalb des Achsrohrs 10 angeordnet sind. Somit ist für diese Komponenten mehr Bauraum verfügbar und es kann beispielsweise eine stärker dimensionierte elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 verbaut werden. In einem solchen Fall bietet es sich an, nur eine der Achsen des Sattelaufliegers mit der erfindungsgemäßen Achsenbaugruppe auszustatten. Die anderen Achsen können konventionell ausgeführt werden.
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Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktionsweise dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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6 zeigt ein nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Achsenbaugruppe in einer 1 entsprechenden Darstellung. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied besteht insofern, als dass beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 die erfindungsgemäße Achsenanordnung anstelle des Gleichlaufgelenks 13 eine Gelenkwelle 39 aufweist. Ähnlich wie das Gleichlaufgelenk 13 beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 durchdringt beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 die Gelenkwelle 39 eine Aussparung im Achsrohr 10, so dass die mit der Gelenkwelle 39 verbundene Welle 8 innerhalb des Achrohrs 10 und das mit der Gelenkwelle 39 verbundene Getriebe 14 und die nachfolgenden Komponenten außerhalb des Achsrohrs 10 angeordnet sind. Es ergeben sich somit entsprechende Bauraumvorteile wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 5, die auch in entsprechender Weise genutzt werden können. Anders als das Gleichlaufgelenk 13 ermöglicht die Gelenkwelle 39 aber eine parallel zur Welle 8 versetzte Anordnung der Komponenten Getriebe 14, elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 und Steuereinrichtung 16. Im Übrigen entsprechen Aufbau und Funktionsweise dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Sämtliche vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Achsenanordnung können auch so abgewandelt werden, dass die Steuereinrichtung 16 und/oder die Batterie 17 jeweils nur einmal vorhanden sind und von beiden Halbachsenanordnungen gemeinsam genutzt werden. Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 6 ist es zudem möglich, lediglich eine elektrische Antriebs-/Generator-Einheit 15 vorzusehen. In diesem Fall ist aber ein Differentialgetriebe oder etwas ähnliches erforderlich, um etwaige unterschiedliche Verhältnisse auf beiden Seiten des Sattelaufliegers auszugleichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlager
- 2
- Außenring
- 3
- Erster Innenring
- 4
- Zweiter Innenring
- 5
- Erste Schraube
- 6
- Radadapter
- 7
- Zweite Schraube
- 8
- Welle
- 9
- Rad
- 10
- Achsrohr
- 11
- Balg
- 12
- Kupplung
- 13
- Gleichlaufgelenk
- 14
- Getriebe
- 15
- elektrische Antriebs-/Generator-Einheit
- 16
- Steuereinrichtung
- 17
- Batterie
- 18
- Sensor zur Erfassung der Raddrehzahl
- 19
- Sensor zur Erfassung der Radaufstandskraft
- 20
- Sensor zur Erfassung der Lagerkraft
- 21
- Sensor zur Erfassung des Drucks im Balg der Luftfederung
- 22
- Königszapfen
- 23
- Sattel
- 24
- Sensor zur Erfassung der Kraft am Königszapfen
- 25
- Sensor zur Erfassung des Drehwinkels des Königszapfens
- 26
- Erste äußere Laufbahn
- 27
- Zweite äußere Laufbahn
- 28
- Erste Befestigungsbohrung
- 29
- Zweite Befestigungsbohrung
- 30
- Klemmring
- 31
- Erste innere Laufbahn
- 32
- Zweite innere Laufbahn
- 33
- Erster Wälzkörper
- 34
- Zweiter Wälzkörper
- 35
- Erster Käfig
- 36
- Zweiter Käfig
- 37
- Erste Dichtung
- 38
- Zweite Dichtung
- 39
- Gelenkwelle
- D
- Raddrehzahl
- LR
- Radaufstandskraft
- LL
- Lagerkraft
- LB
- Druck
- F
- Kraft
- W
- Drehwinkel
