DE19934696A1 - Elektrodynamisches Antriebssystem - Google Patents
Elektrodynamisches AntriebssystemInfo
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- F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
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- F16H37/0826—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts with only one output shaft
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Abstract
Ein elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahrzeug weist zwischen einer Antriebsmaschine (4) und einem Schaltgetriebe (16) ein Planetengetriebe (12) auf, das die drei Elemente Sonnenrad (50), Hohlrad (10) und Planetenträger (32) umfaßt. Ein erstes Element (32) ist mit dem Schaltgetriebe (16) verbunden, ein zweites Element (10) ist mit der Antriebsmaschine (4) verbunden und ein drittes Element (50) ist mit wenigstens einem Elektromotor (22) verbunden. Hierdurch wird ein verschleißfreies Anfahrelement für das Fahrzeug gebildet.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches An
triebssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff von An
spruch 1.
Antriebssysteme für Fahrzeuge weisen üblicherweise
einen Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine, ein nachge
ordnetes Schaltgetriebe und eine zwischen Verbrennungsmotor
und Getriebe angeordnete Reibungskupplung oder einen zwi
schen Verbrennungsmotor und Getriebe angeordneten hydrody
namischen Wandler auf. Die Reibungskupplung bzw. der Wand
ler sind mit Verlusten behaftet und stellen Energieleckagen
im Antriebsstrang dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zwischen
Antriebsmaschine und Schaltgetriebe auftretenden Verluste
zu minimieren.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Antriebssystem mit
den Merkmalen von Anspruch 1. Ausgestaltungen sind Gegen
stand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einem elektro
dynamischen Antriebssystem für ein Fahrzeug zwischen einer
Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetenge
triebe vorzusehen, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad
und Planetenträger umfaßt. Von diesen Elementen ist ein
erstes Element mit dem Schaltgetriebe verbunden, ein zwei
tes Element ist mit der Antriebsmaschine verbunden und ein
drittes Element ist mit wenigstens einem Elektromotor ver
bunden. Eine vorteilhafte Ausführung weist eine Steuerung
auf, die den wenigstens einen Elektromotor im 4-Quadran
ten-Betrieb ansteuern kann.
Eine weitere Ausgestaltung weist eine Schaltkupplung zwi
schen zwei Elementen des Planetengetriebes zur Überbrückung
des Planetengetriebes auf, die in einer Ausführung eine
Klauenkupplung umfaßt. In einer weiteren Ausführung ist
zwischen der Antriebsmaschine und dem elektrodynamischen
Antriebssystem ein Überholfreilauf vorgesehen. Bei einer
Ausführungsform wirken mehrere Elektromotoren kombiniert
auf eines der Elemente des Planetengetriebes ein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Bildung
einer Drehmomentabstützung während des Startvorganges der
Antriebsmaschine eine Blockiereinrichtung vorgesehen. Diese
kann durch das gleichzeitige Einlegen zweier Gangstufen im
Schaltgetriebe, durch eine Parksperre, durch eine Bremsein
richtung des Fahrzeugs und eine gleichzeitig eingelegte
Gangstufe des Schaltgetriebes oder durch einen Sperrfrei
lauf auf einer Eingangswelle des Schaltgetriebes gebildet
sein. In einer Ausgestaltungsform ist auf einer Welle des
Planetengetriebes eine Dauerbremseinrichtung angeordnet.
Durch das erfindungsgemäße Antriebssystem wird eine
umweltfreundlichere Funktion des Fahrzeugs und die Senkung
der Lebensdauerkosten erreicht. Mit der vorliegenden Erfin
dung wird ein Antriebssystem aufgezeigt, das ein reibungs
behaftetes Anfahrelement vermeidet. Die Schlupfleistung aus
dem Anfahrvorgang kann als Nutzleist für das elektrische
Bordsystem verwendet werden. Gleichzeitig stellt die Nut
zung des Elektromotors eine Funktion zur Drehmomenterhöhung
beim Anfahren dar und kann als Boosterelement im Sinne ei
nes zusätzlichen Antriebs während einer Beschleunigungspha
se genutzt werden. Nach der Anfahrphase kann der Elektromo
tor als Generator zur Bordstromversorgung genutzt werden.
Der Elektromotor kann zusätzlich auch als Quelle zur Erzeu
gung von Kraftstrom für elektrisch angetrieben Nebenantrie
be verwendet werden. Die Nutzung des Elektromotors als
Starter für den Verbrennungsmotor und als Fahrzeugantrieb
ohne Schadstoffausstoß ist immanent. Gleichzeitig ist bei
entsprechender Ansteuerung, auch in Verbindung mit einer
Dauerbremseinrichtung wie beispielsweise einem hydrodynami
schen Retarder, eine Dämpfung von Stößen im Antriebsstrang
erreichbar.
Das im erfindungsgemäßen Antriebssystem vorgeschlagene
Planetengetriebe kann einem beliebigen Schaltgetriebe vor
geschaltet sein. An den Gliedern des Planetengetriebes sind
angeschlossen:
- - die Eingangswelle vom Verbrennungsmotor, gegebenen falls mit einem Überholfreilauf für einen Start-Stop-Betrieb oder für den ZEV-Betrieb, d. h. für den Antrieb des Fahrzeugs aus dem Elektromotor, ohne daß der Verbrennungsmotor dreht,
- - wenigstens ein Elektromotor, der sowohl als Antriebs motor als auch als Generator arbeiten kann,
- - gegebenenfalls eine Schaltkupplung zum Überbrücken des Elektromotors, wenn er nicht mehr als Motor gebraucht wird
- - sowie die Ausgangswelle zum Schaltgetriebe und
- - gegebenenfalls ein Retarder.
Gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen können ent
fallen:
- - Trockenkupplung mit Ausrückung,
- - Anlasser,
- - Generator (Lichtmaschine),
- - gegebenenfalls mechanische Nebenabtriebe,
- - teilweise eine oder mehrere mechanische Gangstufen, weil das elektrodynamische Antriebssystem eine ent sprechende Drehmomentüberhöhung bringt.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu
tert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze der Erfindung;
Fig. 2 eine Ausführung nach Fig. 1 mit Dauerbrems
einrichtung;
Fig. 3 eine Ausführung nach Fig. 1 mit Freilauf;
Fig. 4 eine Ausführung nach Fig. 3 mit Dauerbrems
einrichtung und
Fig. 5 eine Ausführung nach Fig. 4 mit zusätzlichem
Freilauf.
Die Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze das erfin
dungsgemäße Antriebssystem 2. Am Ausgang einer Antriebsma
schine 4 ist ein Schwungrad 6 angeordnet, das über eine
Welle 8 mit dem Hohlrad 10 des Planetengetriebes 12 verbun
den ist.
Das Planetengetriebe 12 ist in einem Teil 18 des Gehäu
ses 14 des Schaltgetriebes 16 angeordnet. In einem weiteren
Teil 20 des Gehäuses 14 ist der Elektromotor 22 vorgesehen.
Innerhalb eines Teils 24 des Gehäuses 14 sind die bekannten
Elemente eines Schaltgetriebes 16 untergebracht, auf die
hier nicht näher eingegangen wird. Die Teile 18, 20 und 24
können auch als separate Gehäuseteile zu einem Gesamtgehäu
se 14 verbunden sein.
Die Welle 8 ist im Teil 20 des Gehäuses 14 in einer Lage
rung 26 drehbar gelagert. Die Eingangswelle 28 des Schalt
getriebes 16 ist in einer Lagerung 30 drehbar gelagert und
ist mit dem Planetenträger 32 des Planetengetriebes 12
drehfest verbunden. Auf Lagerbolzen 34 des Planetenträ
gers 32 sind Planetenräder 36 drehbar gelagert. Der Plane
tenträger 32 weist weiter eine Kupplungsverzahnung 38 einer
Überbrückungskupplung 40 auf, mit der der Planetenträger 32
mit einer Welle 42 drehfest verbindbar ist. Dazu weist die
in einer Lagerung 44 im Teil 18 des Gehäuses 14 gelagerte
Welle 42 eine Kupplungsverzahnung 46 auf, die durch ein
Schaltelement 48 mit der Kupplungsverzahnung 38 in drehfe
sten Eingriff bringbar ist. Dadurch wird eine Überbrückung
des Planetengetriebes 12 erzielt.
Die Planetenräder 36 kämmen in ihren Verzahnungen sowohl
mit dem Hohlrad 10 als auch mit einem Sonnenrad 50, das mit
einer Welle 42 drehfest verbunden ist. Die Welle 42 weist
im Teil 18 des Gehäuses 14 den Rotor 52 des Elektromo
tors 22 auf. Der Stator 54 des Elektromotors 22 ist im Ge
häuse 14 befestigt.
Die Fig. 2 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 mit einer
zusätzlichen Dauerbremseinrichtung 56 in Form einer Wirbel
strombremse. Entsprechende Bauteile in Fig. 2 sind mit ent
sprechenden Bezugsziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. Die
rotierenden Teile der Wirbelstrombremse 56 sind an der Wel
le 42 angeordnet und die nicht rotierenden Elemente sind im
Teil 20 im Gehäuse 14 befestigt. Die Dauerbremseinrichtung
dient einer verschleißfreien Bremsung des Fahrzeugs insbe
sondere auf langen Gefällstrecken.
Die Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 1 mit einem
zusätzlichen Freilauf 58. Entsprechende Bauteile in Fig. 3
sind mit entsprechenden Bezugsziffern wie in Fig. 1 be
zeichnet. Die rotierenden Teile des Freilaufs 58 sind an
der Welle 8 angeordnet und die nicht rotierenden Elemente
sind im Teil 20 im Gehäuse 14 befestigt. Der Freilauf 58
dient zum Antrieb des Fahrzeugs aus dem Elektromotor 22
heraus, ohne daß die Antriebsmaschine 4 dreht.
Die Fig. 4 zeigt die Anordnung nach Fig. 3 mit einer
zusätzlichen Dauerbremseinrichtung 56 in Form einer Wirbel
strombremse. Entsprechende Bauteile in Fig. 4 sind mit ent
sprechenden Bezugsziffern wie in Fig. 3 bezeichnet.
Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit einem Überholfrei
lauf 59 auf der Eingangswelle 28 des Schaltgetriebes 16.
Dieser Freilauf 59 stützt die Eingangswelle 28 gegen ein
Rückwärtsdrehen ab, wenn im Fahrzeugstillstand die An
triebsmaschine 4 von dem Elektromotor 22 gestartet wird.
2
Antriebssystem
4
Antriebsmaschine
6
Schwungrad
8
Welle
10
Hohlrad
12
Planetengetriebe
14
Gehäuse
16
Schaltgetriebe
18
Gehäuseteil
20
Gehäuseteil
22
Elektromotor
24
Gehäuseteil
26
Lagerung
28
Eingangswelle
30
Lagerung
32
Planetenträger
34
Lagerbolzen
36
Planetenrad
38
Kupplungsverzahnung
40
Überbrückungskupplung
42
Welle
44
Lagerung
46
Kupplungsverzahnung
48
Schaltelement
50
Sonnenrad
52
Rotor
54
Stator
56
Dauerbremseinrichtung
58
Freilauf
59
Freilauf
Claims (12)
1. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug zwischen einer Antriebsmaschine (4) und einem Schalt
getriebe (16), dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebssystem (2) ein Planetengetriebe (12) auf
weist, das die drei Elemente Sonnenrad (50), Hohlrad (10)
und Planetenträger (32) umfaßt, von denen ein erstes Ele
ment (32) mit dem Schaltgetriebe (16) verbunden ist, ein
zweites Element (10) mit der Antriebsmaschine (4) verbunden
ist und ein drittes Element (50) mit wenigstens einem Elek
tromotor (22) verbunden ist.
2. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß eine Steuerung vorgesehen ist, die den wenig
stens einen Elektromotor (22) im 4-Quadranten-Betrieb an
steuern kann.
3. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Schaltkupplung (40) zwischen
zwei Elementen (32, 50) des Planetengetriebes (12) zur
Überbrückung des Planetengetriebes (12) vorgesehen ist.
4. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Schaltkupplung (40) eine Klauenkupplung
umfaßt.
5. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Antriebsma
schine (4) und dem elektrodynamischen Antriebssystem (2)
ein Freilauf (58) vorgesehen ist.
6. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf einer Welle (42) des
Planetengetriebes (12) eine Dauerbremseinrichtung (56) an
geordnet ist.
7. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß mehrere Elektromotoren (22)
auf eines der Elemente (50) des Planetengetriebes (12) ein
wirken.
8. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Blockiereinrichtung
vorgesehen ist zur Bildung einer Drehmomentabstützung wäh
rend des Startvorganges der Antriebsmaschine (4).
9. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein Fahr
zeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Blockiereinrichtung im Schaltgetrie
be (16) durch das gleichzeitige Einlegen zweier Gangstufen
gebildet ist.
10. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Blockiereinrichtung durch eine Parksperre
gebildet ist.
11. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Blockiereinrichtung durch eine Bremsein
richtung des Fahrzeugs und eine gleichzeitig eingelegte
Gangstufe des Schaltgetriebes (16) gebildet ist.
12. Elektrodynamisches Antriebssystem (2) für ein
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Blockiereinrichtung durch einen Frei
lauf (59) auf einer Eingangswelle (28) des Schaltgetrie
bes (16) gebildet ist.
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