DE19624247C2 - Fahrzeugantrieb mit Generator-Getriebe ohne Differential - Google Patents

Fahrzeugantrieb mit Generator-Getriebe ohne Differential

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Description

Durch die gattungsgemäße DE 40 24 269 C2 sind Antriebssysteme bekannt, bei denen mechanische Leistung von einem Hubkolbenmotor (nachstehend IC-Motor genannt) über den Luftspalt eines Generators mit drehgelagertem Ständer und Läufer mittels magnetischer Anziehungskräfte als Kopplungsenergie auf die Abtriebseite übertragen wird. Die Anmeldung geht davon aus, daß pro IC-Motor nur ein Generator-Getriebe vorhanden ist. Dies erfordert immer ein Ausgleichsgetriebe bei Fahrzeugen mit mehr als einem Antriebsrad. Bei Hinterachsantrieben auf ein Radpaar sind deshalb Gelenkwellen erforderlich als Verbindung zum vorderen Motor.
In der FR 335 998 wird ein elektrodynamischer Wandler vorgeschlagen, bei dem an beiden Kurbelwellenenden des IC-Motors je eine rotierende elektrische Maschine mit ortsfestem Stator vorgesehen ist. Diese sollen, wechselweise nach Drehmomentbelastung als Generator oder als Elektromotor betrieben, im Zusammenwirken mit einem Ausgleichsgetriebe zwischen der Kurbelwelle und einer elektrischen Maschine auf eine einzige abtriebsseitige Welle wirken. Auch dieses Prinzip erfordert immer ein zusätzliches Ausgleichsgetriebe bei Fahrzeugen mit mehr als einem Antriebsrad.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugantrieb mit Generator-Getriebe anzugeben, bei der kein Differential erforderlich ist und bei Ausfall von Antriebskomponenten ein zumindest beschränkter Fahrbetrieb möglich ist. Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeugantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Inhalt des Anspruchs 2.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß nach Fig. 1 an beiden Kurbelwellenenden des quer zur Fahrtrichtung eingebauten IC-Motors je ein Generator-Getriebe angebracht wird, deren Sekundärläufer über einstufige Planetengetriebe und Achswellen direkt ein Radpaar antreiben. Die elektrische Leistung der Generator-Getriebe wird dabei auf Elektromotoren übertragen, die auf das andere Radpaar wirken. Der Differentialausgleich erfolgt dadurch, daß die elektrische Leistung eines Generator-Getriebes den diagonal versetzt angeordneten Elektromotor antreibt, wobei die gleiche Größenordnung der abgenommenen elektrischen Leistung an beiden Generator-Getrieben durch Elektronik kontrolliert wird.
Durch die Generator-Getriebe an beiden Kurbelwellenenden des Hubkolbenmotors werden folgende Vorteile erzielt:
  • - Reduzierung der rotierenden Massen auf ein absolutes Minimum, was sowohl das Gewicht des Fahrzeugs als auch die Beschleunigungsverluste der rotierenden Massen reduziert; speziell die der Gelenkwellen.
  • - Flexible Radstandauslegung ohne Änderung rotierender Teile bei Lkws.
  • - Allradantrieb mit optimaler Verteilung der Drehmomente
  • - Gleichmäßige Lagerbelastung des Hubkolbenmotors.
  • - Einfache platzsparende Gehäuse
Zur Reduzierung der drehzahlabhängigen Verluste des IC-Motors in Teillastbereichen wird die Übersetzung des Planetengetriebes so ausgelegt, daß die Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht wird bei einer Drehzahl des IC-Motors im Bereich mit dem niedrigsten spezifischen Verbrauch abzüglich der Schlupfdrehzahl zwischen Primärläufer -1- und -2- und Sekundärläufer -8- und -9-, wobei dem Kennzeichen des Anspruchs 2 entsprechend bei einer Leistungsanforderung bis zum maximalen Drehmoment des Hubkolbenmotors mit den Generator-Getrieben durch Reduzierung der Schlupfdrehzahl nur noch soviel elektrische Leistung erzeugt wird, wie für den Aufbau der magnetischen Kopplungsenergie im Luftspalt erforderlich ist.
Eine Funktion, die mit dem Aufbau des Erregermagnetismus bei Asynchronmotoren vergleichbar ist. Dies erfordert einen kontrollierten Kurzschluß der Leistungswicklungen des Generator-Getriebes z. B. durch zugeschaltete Widerstände, die über eine regelbare Phasenanschnittsteuerung belastet werden. Das bedeutet, daß mit dem Schlupfbetrieb eine zweite Betriebsart zur Verfügung steht ohne Unterstützung durch den Elektromotor, was die Verluste in den elektrischen Komponenten vorteilhaft reduziert und die Variationsbreite für die Belastung des IC-Motors mit höherem Drehmoment bei reduzierter Drehzahl erhöht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 die schematische d. h. auf das Wesentliche reduzierte Darstellung eines Antriebssystems mit einem quer eingebauten IC-Motor, bei dem an beiden Kurbelwellenenden erfindungsgemäß je ein Primärläufer -1- und -2- eines Generator-Getriebes angebracht ist. Die mechanische Leistung dieser Generator- Getriebe wird auf die Sekundärläufer -8- und -9- übertragen und das Drehmoment in den Planetengetrieben -5- und -6- umgesetzt. Die Vorderräder sind mit dem Planetengetriebe durch Achswellen mit Gelenkköpfen -7- und -15- verbunden. Die elektrische Leistung der Generator-Getriebe wird zwei Einheiten -13- und -14- mit Leistungselektronik zugeführt, die in der Steuerung der Leistungselektronik untereinander korrespondieren, wobei die elektrische Leistung eines Generator- Getriebes den diagonal versetzten Elektromotor antreibt. Dadurch wird eine Redundanz geschaffen, die es erlaubt, das Fahrzeug bei Ausfall einer Elektronik oder eines Generator-Getriebes noch im begrenzten Umfang anzutreiben. Zwischen dem Kurbelwellengehäuse und dem Generator-Getriebe sind Zahnriemen, Keilriemen oder Kettenräder -3- und -4- für den Nockenwellenantrieb und den Antrieb von Hilfsaggregaten vorgesehen.
In der Zeichnung sind als Elektromotoren Radmotoren -11- und -12- ausgewiesen, die von einem Hinterradträger -10- geführt werden. Eine für Lkws vorteilhafte Anordnung, wobei der Hinterradträger auch durch Einzelradaufhängung ersetzt werden kann. Für Pkws eignen sich wegen des besseren Federungsverhaltens Anordnungen, bei denen der oder die Elektromotor(en) am Unterboden befestigt sind und die Räder über Achswellen mit Gelenkköpfen antreiben.

Claims (2)

1. Fahrzeugantrieb mit Generator-Getriebe und Hubkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. beide Kurbelwellenenden des Hubkolbenmotors mit je einem Primärläufer (1, 2) je eines Generator-Getriebes verbunden sind,
  • 2. die Sekundärläufer (8, 9) des Generator-Getriebes je ein Rad einer ersten Fahrzeugachse mechanisch antreiben,
  • 3. die Räder der zweiten Achse von je einem Elektromotor (11, 12) angetrieben werden, dem elektrische Leistung von einem der auf der ersten Achse diagonal dazu liegenden Generator-Getriebe zugeführt wird.
2. Fahrzeugantrieb mit Generator-Getriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Leistungsanforderung bis zum maximalen Drehmoment des Hubkolbenmotors die Drehzahldifferenz zwischen Primärläufer (1, 2) und Sekundärläufer (8, 9) soweit reduziert wird, daß nur noch elektrische Leistung in Größenordnungen erzeugt wird, die für den Aufbau der magnetischen Anziehungskräfte als mechanische Kopplungsenergie erforderlich sind.
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