DE102021001651B4 - Elektrifiziertes Radien-Überlagerungslenkgetriebe - Google Patents

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Abstract

Antriebsstrang eines schweren Kettenfahrzeugs, welcher einen Verbrennungsmotor (1), eine hydrodynamische Anfahrkupplung (4) und eine erste Leistungsverzeigung (8) aufweist, wobei ein Hauptleistungsstrang über ein Fahrgetriebe (5) zu einem rechten und einem linken Summierungsgetriebe (6, 7) vor einem rechten und einem linken Endvorgelege führt, wobei ein erster Nebenleistungsstrang (9) über ein mehrstufiges Radien-Überlagerungsgetriebe (10) und eine erste oder zweite Lenkrichtungskupplung (15, 16) auf das rechte und linke Summierungsgetriebe (6, 7) aufsummiert ist und wobei rechte und linke Summierungsgetriebe (6, 7) durch eine Nullwelle (17) drehrichtungsändernd verbunden sind, wobei- eine zweite Leistungsverzweigung einen zweiten Nebenleistungsstrang (11) erzeugt, der eine stufenlose Stellvorrichtung antreibt, die mindestens die Gangstufen des Radien-Überlagerungsgetriebes (10) übersteuert und der zweite Nebenleistungsstrang (11) auf den ersten Nebenleistungsstrang (9) aufsummiert ist, wobei die zweite Leistungsverzweigung ein elektrischer Generator (3) und die stufenlose Stellvorrichtung eine E-Maschine (14) ist, und wobei die Ausgangswelle des Radien-Überlagerungsgetriebes (9) über die erste und die zweite Lenkrichtungskupplung (15, 16) mit der Nullwelle (17) verbindbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrifiziertes Radien-Überlagerungslenkgetriebe für Kettenfahrzeuge.
  • Aus der Offenlegungsschrift EP 1 911 622 A1 ist ein Antrieb für ein Kettenfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt, der über eine nachgeschaltete Antriebsstufe mit zwei Kettenantriebsrädern über zwei Abtriebsstufen in Wirkverbindung steht, wobei der Verbrennungsmotor ständig mit der Antriebsstufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsstufe als auch die Abtriebsstufen durch jeweils ein Planetengetriebe gebildet werden, wobei der Antriebsstufe mindestens ein Generator zugeschaltet werden kann und Motoren mit den Abtriebsstufen derart zusammenwirken, dass das Fahrzeug über diese auch gelenkt werden kann.
  • Nachteilig an dieser Erfindung ist die fehlende mechanische Verbindung zwischen linker und rechter Seite, wodurch die „Blindleistung“ bei Kurvenfahrt vollständig über die E-Maschinen bereitgestellt werden muss und diese damit extrem überdimensioniert werden müssen, was wiederum deutliche Gewichts- und Bauraumnachteile nach sich zieht. Neben o. g. Umstand muss aufgrund der fehlenden mechanischen Komponente für die Kurvenfahrt eine extrem große Maschine verbaut werden, da insbesondere bei kleinen Fahrradien Lenkleistungen aufgebracht werden müssen die durchaus 50 % der Antriebsleistung überschreiten können.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2013 204 672 A1 offenbart eine Antriebseinrichtung für ein Kettenfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung einen elektrischen Fahrmotor zum Bereitstellen einer Fahrleistung und einen elektrischen Lenkmotor zum Bereitstellen einer Lenkleistung umfasst und wobei mechanische Antriebselemente zur Übertragung einer Blindleistung zwischen einer rechten Antriebsseite und einer linken Antriebsseite bei Kurvenfahrt vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Unterstützungsmotor vorgesehen ist, der wahlweise den Fahrmotor oder den Lenkmotor unterstützen kann.
  • Da hier kein rein mechanischer Antriebsstrang abgebildet ist, sondern ausschließlich elektrische Komponenten enthalten sind, bedingt dieses Getriebekonzept zwangsläufig einen rein elektrischen Antrieb gespeist durch eine Traktionsbatterie oder ein serielles Antriebskonzept, bei dem ein Verbrennungsmotor zur Erzeugung der notwendigen elektrischen Energie einen Generator antreibt.
  • Für militärische Anwendungen und den damit einhergehenden Lastkollektiven des Antriebsstranges eignen sich aufgrund der hohen Lastanteile bedingt durch hohe Fahrwiderstände (Reibwiderstand, Wendewiderstand und Antriebsstrangverluste), die insbesondere bei Kurvenfahrt, bei Geländefahrt und hohen Geschwindigkeiten auftreten sowohl ein rein elektrisch gestalteter Antriebsstrang als auch ein seriell hybrid ausgestalteter Antriebsstrang nicht. Im Vergleich zum Parallel-Hybrid muss eine schlechtere Effizienz, ein höheres Gewicht und ein bedeutend größerer Bauraum in Kauf genommen werden.
  • Aus der DE 24 12 562 C3 ist ferner ein Antriebsstrang eines Gleiskettenfahrzeugs bekannt, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, einen mechanischen Hauptleistungsstrang und einen mechanischen Nebenleistungsstrang aufweist. Der Nebenleistungsstrang umfasst ein Radien-Überlagerungsgetriebe mit einer stufenlosen hydrostatischen Stellvorrichtung. Über eine Nullwelle und zwei Summierungsgetriebe an den beidseitigen Abtrieben wird die Leistung des Nebenleistungsstrangs aufsummiert, wodurch die Lenkung des Gleiskettenfahrzeugs bewerkstelligt wird.
  • Abschließend ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 212 248 A1 ein Kettenfahrzeug mit einem zentralen Antriebsmotor sowie mit zwei Kettenlaufwerksseiten bekannt, die jeweils durch ein Triebrad für einen Fahr- und Lenkbetrieb antreibbar sind, wobei die Triebräder mit dem zentralen Antriebsmotor durch wenigstens einen Antriebsstrang in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Verteilergetriebe umfasst, das antriebsseitig mit dem zentralen Antriebsmotor verbunden ist und das zwei Leistungsabtriebe aufweist, wobei ein erster Leistungsabtrieb einem mechanischen Fahrantriebsstrang für die beiden Triebräder zugeordnet ist und wobei ein zweiter Leistungsabtrieb eine nichtmechanische Antriebseinheit speist, die die Triebräder parallel zu dem Fahrantriebsstrang antreibt und eine Lenkfunktion des Kettenfahrzeugs übernimmt.
  • Für militärische Zwecke ist der Antrieb ungeeignet, da die hydraulischen Komponenten sowohl für die Kurvenfahrt aber insbesondere auch für die Geradeausfahrt mit Blick auf Wirkungsgrad, Masse und Gewicht mechanischen Komponenten nachteilig zu bewerten sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher einen verbesserten Antriebsstrang für Kettenfahrzeuge vorzustellen, der einen verbesserten Wirkungsgrad mit erhöhtem Fahrkomfort, insbesondere bei Kurvenfahrt vereint.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Hauptleistung für den Fahrantrieb über einen ersten Hauptleistungsstrang zu einer rechten und linken Antriebskette geführt wird. Zur Lenkradieneinstellung wird vom Hauptleistungsstrang die für die Lenkbewegung notwendige Leistung über einen ersten Nebenleistungsstrang abgezweigt, welche über ein mehrstufiges Radien-Lenkgetriebe geführt und anschließend vor den Endvorgelegen auf den Hauptleistungsstrang wieder aufsummiert wird. Der erste Nebenleistungsstrang ist so dimensioniert, dass bis zu ca. 70 % der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors übertragen werden können. Aufgrund der im Hauptleistungsstrang und ersten Nebenleistungsstrang ausschließlich rein mechanischen Kraftübertragung, stellen sich Wirkungsgradvorteile beziehungsweise geringere Verluste gegenüber elektrischen und hydraulischen (hydrostatisch, hydrodynamisch, Kombination hydrodynamisch/hydrostatisch) ein, was wiederum kompaktere und damit leichtere konstruktive Ausgestaltungen ermöglicht.
  • Ein zweiter Nebenleistungsstrang wird vom Hauptleistungsstrang oder vom ersten Nebenleistungsstrang abgezweigt. Der zweite Nebenleistungsstrang treibt eine stufenlose Stellvorrichtung an, die mindestens die Gangstufen des Radien-Überlagerungsgetriebes übersteuert. Die verlustbehaftete Stellvorrichtung überträgt dabei lediglich bis zu 20 % der Motorleistung. Die Spreizung der Stellvorrichtung ist dem mechanischen Übersetzungsverhältnis des mehrstufigen Radien-Lenkgetriebes angepasst, sodass nach dem Erreichen eines Vollausschlages der Stellvorrichtung jeweils die nächste Gangübersetzung gewählt wird und die Stellvorrichtung in ihre entgegengesetzte Vollausschlags-Stellung verfährt. Der zweite Nebenleistungsstrang wird auf den ersten Nebenleistungsstrang aufsummiert.
  • Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung besteht in der Verwendung eines elektrischen Generators zur Leistungsverzweigung. In dieser Ausgestaltungsform ist der zweite Nebenleistungsstrang ein parallel-Hybridantrieb mit allen für diese Antriebsvariante bekannten Vorteilen. Beispielsweise kann der Generator ebenfalls eine Starter-Generator Einheit sein, die Bauweise des elektrischen Getriebes aus Generator und Elektro-Maschine (E-Maschine) erfolgt bauraumausfüllend in aufgelöster Bauweise und die Drehzahl der E-Maschine ist stufenlos regelbar. Angeordnet an der Stirnseite oder der Abtriebsseite des Verbrennungsmotors ist der Generator direkt mit der Kurbelwelle verbunden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn die zweite Leistungsverzweigung zwischen Verbrennungsmotor und hydrodynamischer Abfahrkupplung oder auf der Eingangswelle des Radien-Überlagerungsgetriebes angeordnet ist. Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors als primäre Antriebswelle überträgt die Leistung allgemein mit höchster Drehzahl und entsprechend geringem Antriebsmoment. Die Dimensionierung der Querschnitte der schnelllaufenden Wellen kann entsprechend klein ausfallen, ebenso wie Zahnräder, deren Modul der Verzahnung, Verdrängungsvolumen von Pumpen oder Anordnung von E-Maschinen. Vorteilhaft ergibt sich ebenfalls die Möglichkeit die zweite Leistungsverzweigung an der Stirnseite oder der Abgangsseite des Verbrennungsmotors zu platzieren.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang überträgt den Hauptteil der Energie mit wirkungsgradoptimierten mechanischen Bauteilen. Lediglich die Zwischenstufen des mehrstufigen Radien-Überlagerungsgetriebes werden mit stufenlosen Stellvorrichtungen erreicht. Um eine optimale Anpassung der Zwischenstufen zu ermöglichen ist es vorteilhaft, die Leistungsverzweigung des zweiten Nebenleistungsstrangs auf der Eingangswelle des mehrstufigen Radien-Überlagerungsgetriebes anzubringen und gleichzeitig den zweiten Nebenleistungsstrang auf der Ausgangswelle des mehrstufigen Radien-Überlagerungsgetriebes wieder aufzusummieren. Die Abhängigkeit von eingangswellen- und ausgangswellenabhängiger Drehzahl vereinfacht die Steuerung des zweiten Nebenleistungsstranges aufgrund direkter Kopplung.
  • Aufgrund der Installation des zweiten Nebenleistungsstranges sind im Wesentlichen alle Komponenten vorhanden, um im erfindungsgemäßen Antriebsstrang einen parallelen Hybridantrieb zu realisieren. Vorteilhaft wird die E-Maschine als stufenloses Stellelement vom Starter-Generator gespeist und die Leistung in den Hauptantriebstrang eingekuppelt.
    • Es zeigt 1 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang in schematischer Darstellung.
  • Es zeigt 1 einen Verbrennungsmotor 1, an den über eine Schaltkupplung 2 ein Startergenerator 3 koppelbar ist. Der Hauptleistungsstrang wird über eine hydrodynamische Anfahrkupplung 4 auf ein Fahrgetriebe 5 übertragen. Aus dem Fahrgetriebe 5 verzweigt sich der Hauptleistungsstrang in ein rechtes und ein linkes Summierungsgetriebe 6, 7. Die Abgänge der Summierungsgetriebe 6, 7 sind über Vorgelege (nicht dargestellt) mit der rechten und linken Fahrkette (nicht dargestellt) verbunden. Nach der hydrodynamischen Anfahrkupplung 4 ist eine erste Leistungsverzweigung in Form eines Winkelgetriebes 8 mit Durchgang platziert, welches einen ersten Nebenleistungsstrang 9 versorgt. Der erste Nebenleistungsstrang 9 weist ein dreistufiges Radien- Überlagerungsgetriebe 10 auf. Auf den ersten Nebenleistungsstrang 9 ist ein zweiter Nebenleistungsstrang 11 auf die Ausgangswelle 12 des dreistufigen Radien-Überlagerungsgetriebes 10 aufsummiert. Der zweite Nebenleistungsstrang 11 weist ein Planetengetriebe 13 und eine E-Maschine 14 auf, wobei das Planetengetriebe 13 als Summierungsgetriebe der Ausgangsdrehzahl des dreistufigen Radien-Überlagerungsgetriebes 10 und der E-Maschine 14 verwendet wird. Die Ausgangswelle des dreistufigen Radien-Überlagerungsgetriebes 10 ist über eine erste und eine zweite Lenkrichtungskupplung 15, 16 mit einer Nullwelle 17 verbunden, welche die Differenzdrehzahl zur Fahrzeuglenkung stufenlos auf das rechte und linke Summierungsgetriebe 6, 7 überträgt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Kupplung
    3
    Startergenerator
    4
    hydrodynamische Anfahrkupplung
    5
    Fahrgetriebe
    6
    Rechtes Summierungsgetriebe
    7
    Linkes Summierungsgetriebe
    8
    Erste Leistungsverzweigung, Winkelgetriebe
    9
    Erster Nebenleistungsstrang
    10
    Dreistufiges Radien-Überlagerungsgetriebe
    11
    Zweiter Nebenleistungsstrang
    12
    Ausgangswelle
    13
    Planetengetriebe
    14
    E-Maschine
    15
    Erste Lenkrichtungskupplung
    16
    Zweite Lenkrichtungskupplung
    17
    Nullwelle

Claims (3)

  1. Antriebsstrang eines schweren Kettenfahrzeugs, welcher einen Verbrennungsmotor (1), eine hydrodynamische Anfahrkupplung (4) und eine erste Leistungsverzeigung (8) aufweist, wobei ein Hauptleistungsstrang über ein Fahrgetriebe (5) zu einem rechten und einem linken Summierungsgetriebe (6, 7) vor einem rechten und einem linken Endvorgelege führt, wobei ein erster Nebenleistungsstrang (9) über ein mehrstufiges Radien-Überlagerungsgetriebe (10) und eine erste oder zweite Lenkrichtungskupplung (15, 16) auf das rechte und linke Summierungsgetriebe (6, 7) aufsummiert ist und wobei rechte und linke Summierungsgetriebe (6, 7) durch eine Nullwelle (17) drehrichtungsändernd verbunden sind, wobei - eine zweite Leistungsverzweigung einen zweiten Nebenleistungsstrang (11) erzeugt, der eine stufenlose Stellvorrichtung antreibt, die mindestens die Gangstufen des Radien-Überlagerungsgetriebes (10) übersteuert und der zweite Nebenleistungsstrang (11) auf den ersten Nebenleistungsstrang (9) aufsummiert ist, wobei die zweite Leistungsverzweigung ein elektrischer Generator (3) und die stufenlose Stellvorrichtung eine E-Maschine (14) ist, und wobei die Ausgangswelle des Radien-Überlagerungsgetriebes (9) über die erste und die zweite Lenkrichtungskupplung (15, 16) mit der Nullwelle (17) verbindbar ist.
  2. Antriebsstrang eines schweren Kettenfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leistungsverzweigung zwischen Verbrennungsmotor (1) und hydrodynamischer Abfahrkupplung (4) oder auf der Eingangswelle des Radien-Überlagerungsgetriebes (10) angeordnet ist.
  3. Antriebsstrang eines schweren Kettenfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nebenleistungsstrang von einer externen Energiequelle versorgt und mit dem Hauptleistungsstrang verbindbar ist.
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