DE2510623A1

DE2510623A1 - Antriebsaggregat

Info

Publication number: DE2510623A1
Application number: DE19752510623
Authority: DE
Inventors: Helmut Koerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1975-03-12
Publication date: 1976-09-23

Description

A n t r i e b a g g r e g a t Gegenstand der Erfindung ist ein Antriebsaggregat, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge aller Art, mit mindestens zwei Antriebsmaschinen, die über ein Zahnrad-Planetengetriebe zusammenarbeiten, und von denen mindestens eine Antriebsmaschine mit einem Energiespeicher verbunden und im Wechsel zum speichern und Antreiben ein- und umstellbar ist. Die eine der beiden Antriebsmaschinen arbeitet dabei vorzugsweise als drehzahlsteuerbarer Primärmotor, etwa in Gestalt einer Verbrennungkraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbrennung und mit Hub- oder Rotationskolben oder als Turbine.
Dieses Antriebsaggregat dient in erster Linie dem Zweck, ie für die Volkwirtschaft und die Volksundheit wesentlichen Anforderungen zur Geringhaltung des Kraftstoffverbuchses und des .chadstoffausstoßes umfassend und wirkungsvoll zu erfällen.
Dieses Antriebsaggregat stellt eine weitere Ausgestaltung de in der Patentanmeldung P 25 04 867.3 beschriebenen Lösung zu einer noch wirksameren Erfüllung des Aufgabenzweckes dar. Seine Förderung erhält dieser Aufgabenzweck mit diesem Antriebsaggregat dadurch, daß zur die Abtriebswelle des Aggregates eine besonders günstige Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik innerhalb eines großen oteuerbereiches mit solchen Antriebskomponenten in Gestalt des Energiespeichers und der diesem angeschlossenen Maschine erreicht wird, die zugungsten eines geringen Leistungsgewichtes, Bauvolumens und Kostenaufwandes für das ganze Aggregat besonders klein und leicht bauen. Dies ist dadurch möglich, weil die nur relativ eringe Leistung dieser Komponenten an der Abtriebswelle des Aggregates mit jeweils optimaler Übersetzung und Erganzung der Leistung der anderen Antriebsmaschine zur Wirkung kommt. Dafür muß aber nicht noch ein besonderes Drehzmomentwandelgetriebe aufgewendet oder der Aufwand an Steuerorganen wesentlich erhöht werden.
Nach der Erfindung wird dies durch ein Antriebsag.gregat der bezeichneten Art erreicht, das sicn durch eine Kombination von folgenden Grundmerkmalen kennzeichnet: a. Fhr das Planetengetriebe sind mindestens zwei verschiedene Sätze von Planetenradern mit Stirn- oder Keqelradverzahnung in einem gemeinsamen, mit der Abtriebswelle des Aggregates drehfest verbundenen Träger vorgesehen.
b. Die Sätze von Planetenrädern greifen auf der einen Seite in ein gemeinsames gestuft-verzahntes Sonnenrad oder in verschiedene Sonnenräder suf emeinssmer Welle in Antriebsverbindung mit der nicht dem. Lnerxiespeicher angeschlossenen Antriebsmascnine ein, während sie auf der anderen Seite satzweise in mindestens dabei solcne Sonnenräder eingreifen, von denen ein sonnenrad in Antriebsverbindung mit der dem Energiespeicher angeschlossenen Antriebsmaschine stent und der ibri-re Teil dieser Sonnenräder im einzelnen durch eine Rücklaufsperre oder/und eine schaltbare Haltebremse mindestens in Reaktionskraftrichtung gegen ein Verdrenen gesichert ist.
c. Zwei Glieder des Planetengetriebes sind durch eine Schaltkupplung mit vorzugsweise selbsttätig wirkenden Schaltmitteln zur Durchleitung der Antriebsleistung auf direktem kege drehfest miteinander zu verbinden.
d. Die Drehmoment-Übersetzung von dem Sonnenrad der nicht den Enerbiespeicher angeschlossenen Antriebsmaschine auf die Abtriebswelle ist über die in das Sonnenrad der dem Energiespeicher angeschlossenen Antriebsmaschine eingreifenden Planetenrader um jeweils einen bestimmten Betrag niedriger als über die anderen bitze von Planetenrädern.
e. Dem Energiespeicher ist eine zum Antrieb mit beiden Drehrichtungen ein- und umstellbare Antriebsmaschine anreschlossen, zu der solche Schalt- und oteuerm tel vorgesehen sind, mit deren Hilfe diese Maschine f;ir einen unteren Bereich von Drehzahlen der Abtriebswelle zum Antrieb mit einer Drehrichtung ihres oonnenrades entgegen der des Sonnenrades der anderen Antriebsmascnine und fir einen mittleren und oberen Bereich von Drehzahlen dieser mit unveranderter Drehrichtung rotierenden Welle zum Antrieb mit der gleicher Drehrichtung zugeschaltet werden kann.
Die Zeichnung gibt im Schema ein Antriebsaggregat für den Antrieb eines Personankraftwagens wieder und liegt der folgenden näheren Beschreibung dieses Aufühungsbeispiels der Erfindung zugrunde, die auch noch auf konstruktive Abwandlungen zu anderen Ausführungsfomen sowie auf einige für den Aufgabenzweck noch wesentliche Ausgestaltungen des Antriebsaggregates nach der erfindung eingeht.
Die leistungsstärkere Antriebsmascaine des dargestellten Antriebsaggregates ist ein drehzahlsteuerbarer Primärmotor 1 in Gestalt einer Verbrennungskraftmaschine, die einem Kraftstofftank 2 angeschlossen ist, welcher zum Jewichts- und Raumausrleich auf der Fahrzeugseite jenseits des Energiespeichers 3 angeordnet ist. Als Eneregiespeicher ist für dieses Ausführungsbeispiel ein AkFusulator 3 vorgesehen, der in bevorzuJter Ausführung den Einsatz einer zum Speichern und Antreiben als Generator und Motor ein- und umstellbaren Elektromaschine 4 erlaubt, welche die andere Antriebsmascnine dieses Aggregates darstellt. Im Prinzip sind dafür auch andere Komponenten einsetzbar, beispielsweise auch ein Hydrostatischer hnergiespeicher mit einer ein- und umstellbaren Hydromaschine. baulich besonders günstig sind beide Antriebsmaschinen 1, 4 koaxial miteinander verblockt, wobei die Elektromaschine 4 eine in das Planetengetriebe führende Rohl*«lle zum Durchlaß der Priebwelle des Primärmotors 1 aufweist. Der Primärmotor 1 arbeitet mit der Elektromaschine 4 über dieses Planetengetriebe zusammen, das zwei verschiedene Sätze von Planetenrädern 5, 6 aufweist, die in einem gemeinsamen, mit der Abtriebswelle 7 des Aggregates drenfest verbundenen Träger 8 aufgenommen sind. Aus der Abtriebswelle 7 verteilt sich die ganze Antriebsleistung durch ein Differentialgetriebe 9 auf die beiden Triebräder 10 des Kraftfahrzeues.
Die mit einer HauptschluScnarakteristik wirkende Elektromaschine 4 hat eine Drehzahl- und Drehmoment-oteuerbarkeit über einen relativ großen Bereich und bietet durch diese Charakteristik mit den unteren Drehzahlen ein starkes Drehmoment, das in dieser Stärke auch für den Ri1'ckwärtsgang des Kraftfahrzeuges ausgenutzt wird. Dabei erfolgt auch noch eine Drehmoment-Übersetzung im Planetengetriebe.
Auf der einen Seite greifen beide Sätze von Planetenrädern 5, 6 in ein gemeinsames gestuft-verzanntes Sonnenrad in Gestalt eines stirnverzahnten Zentralrades 11 ein, während sie auf der anderen Seite satzweise in zwei Sonnenräder in Gestalt von Hohlrädern 12, 13 mit Innenverzahnung eingreifen. Das Zentralrad 11 steht in Antriebsverbindung mit dem Primarmotor 1, wogegen das Hohlrad 12 auf der Seite der Antriebsmaschinen mit der Elektromaschine 4 in Antriebsverbindung steht. Das andere Hohlrad 13 ist durch eine schaltbare Haltebremse 14 im Einschaltzustand gegen Verdrehen gesichert.
Zur verlustlosen Durchleitung der Antriebsleistung aus beiden Antriebsmascninen 1, 4 oder sus einer dieser Maschinen auf direktem @ege in die Abtriet)swelle 7 ist zu dem Planetengetriebe eine Schaltkupplung 15 beliebiger Bauform vorgesehen. Im Einschaltzustand verbindet diese Schaltkupplung 15 die beiden Hohlräder 12, 13 drehfest miteinander, so daß kein Zahnradwålzen mehr stattfinden kann und so Übertragungsverluste im getriebe ausgeschaltet sind. Dieser günstige Betriebszustand besteht für einen großen oberen Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeuges über die längste Dauer der Gesamtbetriebszeit des Antriebsaggregates, was die nohe Virtschaftlichkeit dieses Aggregates mit begründet.
Die Drehmoment-'Jbersetzung von dem Zentralrad 11 des Primärmotors 1 auf die Abtriebswelle 7 ist über die in das Hohlrad 12 der Elektronascnine 4 eingreifenden Planetenrider 5 um einen bestimmten betrag niedriger als über den anderen batz von Planetenrädern 6.
Dafür sind gestuft-doppeltverzahnte Planetenräder 5 zum Eingriff mit dem Hohlrad 12 der Elektromaschine 4 vorgesehen, deren Verzahnungsteil mit kleinem Wälzkreisdurchmesser in den Verzahnungsteil mit großem Wälzkreisdurchmesser des ebenfalls gestuft-doppeltverzannten Zentralrades 11 eingreift, während die anderen Planetenräder 6 außer mit dem feststellbaren Hohlrad 13 mit dem Verzahnungsteil dieses Zentralrades 11 mit kleinerem Wälzkreisdurchmesser kommen. Die Planetenräder 5, 6 beider Sätze sind jeweils in Zweiergruppen auf einer gemeinsamen Achse gelagert.
Im weiteren Ausbau dieses Antriebsaggregates ist far die beiden Sonnenräder 11, 12 der Antriebsmaschinen noch Je eine Haltebremse 16, 17 zur verdrehsicheren Feststellung dieser Teile vorgesehen. Illit Hilfe dieser Halte bremsen 16, 17 ist ein Betrieb dieses Aggregates im tinschaltzustand der einen oder der anderen Bremse wahlweise nur mit einer der beiden Antriebsmaschinen 1, 4 unter ginstiger Übersetzung ihres Antriebsmomentes möglich. Bei Einschaltung beider Haltebremsen 16, 17 gleichzeitig ist das Kraftfahrzeug aucn auf abschüssiger Utrecke gut in seinem Stand gesichert. Bei Feststellung des Zentralrades 11 durch die zugehörige Haltebremse 16 zwischen dem Primarmotor 1 und der Elektromaschine 4 kann ein Antrieb des Kraftfahrzeuges im Rückwärtsgang, stufenlos steuerbar, durch die Elektromaschine 4 mit Energie aus ihrem Akkumulator 3 erfogen, wobei durch ihre Derhmoment-Charakteristik und durch die Drehmoment-Übersetzung des Planetengetriebes ebenfalls ein krüftiges loment an der Abtriebswelle 7 zur Verfügung steht. Für das Fahren im Rückwärtsgang wird selbsttätig die Haltebremse 14 an dem Hohlrad 13 gelöst, damit sich dieses Rad in Brenrichtung des antreiDenden anderen Hohlrades 12 frei mit beweizen kann.
Es sind Schalt- und Steuermittel vorgesehen, durch die die Schaltkupplung 15 zwiscnen den beiden Hohlrädern 12, 13 und die Heltebremsen 14, 16, 17 fir alle Sonnenräder in einzelnen in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen des Aggregates selbsttätig und/oder durch Betätigungsmittel manuell ein- und ausgeschaltet werden. Für die Schaltkupplung 15 zur direkten gleichläufigen Verbindung beider Antriebsmaschinen 1, 4 mit der Abtriebswelle 7 des Aggregates kann dafür beispielsweise ein Tachogenerator .it Schaltkontakten eingesetzt sein, der in Antriebsverbindung mit der Abtriebswelle 7 steht, und durch den ein Lin-und Ausschalten der Schaltkupplung 15 in Abhängigkeit vom Lintritt bestimmter Drehzahlen an der Abtriebswelle 7 selbsttätig erfolgt. Ein solcher Tachogenerator kann auch das Einschalten der Elektromaschine 4 für den zusätzlichen Antrieb mit beeinflussen.
Den Primarmotor 1 und seinem Zentralrad 11 ist noch eine solche bchaltkupplung 18 - gegebenenfalls auch in Gestalt einer selbsttätig schaltenden Übersol- und Freilaufkupplung - zwischengeschaltet, durch die in Abbhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen des Aggregates selbsttätig und durch Betätigungsmittel gegebenen falls auch manuell die Antriebsverbindung zwischen dem Primärmotor 1 und dem Zentralrad 11 in wechsel Hergestellt und unterbrechen wird. Insbesondere wird dadurch im Leerlauf und bei Stillstand des Primärmotors 1 ein Freilauf mit Übernolwirkung des Fahrzeues diesem Motor gegenüber und ein Fahrzeugantrieb allein durch die Elektromachine 4 mit dem Akkumulator 3 ermöglicht, wenn diese Maschine 4 ihre Leistung durch die eingeschaltete Schaltkupplung 15 direkt Überträgt. Bei einem Freilaufbetrieb des tanrzeuges bestellt somit niemals eine efahrlicne gänzliche Abtrennung des Fahrzeuges von dem Antriebsaggregat, sofern die ßchaltkupplung 15 eingeschaltet ist, was für den weitaus Überweigenden Teil des Gesamt -Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeuges der Fall ist. Aus diesem Fahrzustand heraus ist das Fahrzeug mit Hilfe der Elektromaschine 4 mit dem Akkumulator 3 jederzeit kräfig aubzuremsen oder wieder zu bschleunigen, wenn diese Maschine aus ihrer Einstellung auf Rulldurchsatz von Leistung entsprechend verstellt wird.
Durch diese Konstruktion kann des Kraftfahrzeug bei Linstellung des Primärmotors 1 an seinem Steuerorgan 19 zur Drehzahl- und Leistungsregulierung auf Leerlauf über betrachtliche Strecken kraftstoffsparend frei rollen, ohne daß dabei der Primärmotor 1 durch das Fahrzeug unter Energieverlust geschoben wird. Ein Freilaufbetrieb des Kraftfahrzeuges mit diesem Antriebsaggregat läßt im Stadtverkehr Kraftstoffeinsparungen von ca. 50 % und auf Landstrafn solche von ca. 20 -v erzielen. Eine wesentliche Verbesserung wird auch f?1r die Geringhaltung des Schadstoffausstoßes aus dem Primärmotor 1 erreicht, wie er besonders störend sonst auch beim Schieben eines Verbrennungsmotors durch das Kraftfahrzeug auftritt.
Mit sehr günstiger Auswirkung für dei Reinhaltung der Luft bei dem dichten innerstädtischen Straßenverkehr erlaubt die in dem Aggregat vorgesehene Schaltkupplung 18 am Primärmotor 1 einen Fahrzeugantrieb bei dieser Verkehrslage auch allein durch die Elektromaschine 4 mit Energie aus ihrem entsprechend bemessenen Akkumulätor 3 über längere Dauer. Dabei wird durch häufiger Abbremsen des Fahrzeuges mit Hilfe der dafür als Generator umgestellten Elektromaschine 4 ein nicht unerheblioner Teil der Antriebsenergie aus dem Farirzeug wieder zurückgewonnen und in den Akkumulator gespeichert.
Für die stufenlose Einstellung der Elektromaschine 4 mit variablen Drehmoment im Wechsel als abbremsender und speichernder Generator und als otor weist diese maschine ein Steuerorgan o auf, das mit dem Steuerorgan 19 des Primärmotors 1 durch ein Gestänge 21 verbunden ist. Damit sind beide Steuerorgane 19, 20 in günstiger Linhebelbedienung des Aggregates durch eine Betätigungsstange 22 über einen mit gelenken waagebalkenartig wirkenden Hebel 23 zu beeinflussen. Wird das Steuerorgan 19 des Primärmotors 1 zu einer grö-Beren Leistungsabgabe des Aggregates iber eine bestimmte Einstellunr hinaus durch die Betätigungsstange 22 und das Gestänge 21 verstellt, so erfolgt selbasttätig mit eine Verstellung des Steuerorgans 2U der Elektromaschine 4 zu ihrem Zuschalten als Motor mit zunehmende Stärke. Selbsttätig erfol-t auch die Zuschaltung der Elektromaschine 4 zum Abbrensen des Kraftfahrzeuges mit Speicherrung der kinetischen Energie aus dem Fahrzeug in den Akkumulator.
Lu diesem Vorgang ist die Betätigungstange 2L in die entgegengesetzte Richtung bewegt, wobei das Steuerorgan 19 des Primärmotors in Leerlaufeinstellung verharrt, während das Steuerorgan 20 der Elektromaschine 4 auf ein mehr oder weniger starkes Abbremsen und speichern eingestellt ist. nie Schaltkupplung 15 am Planetengetriebe befindet sich dabei im Einschaltzustand.
Die Elektromaschine 4 ist zum Antrieb mit beiden Drehrichtungen ein- und umstellbar. Dazu sind solche Schalt- und Steuermittel vorgesehen, mit deren Hilfe diese Masctiine 4 für einen unteren Bereicn von Drehzahlen der Abtriebswelle 7 zum Antrieb mit einer Drenrichtung ihres Hohlrades 12 unteren der des Zentrairades 11 des Primärmotors 1 und fr einen mittleren und oberen Bereich von Drehzahlen dieser mit unveränderter Drehrichtung rotierenden elle 7 zum Antrieb mit der gleichen Drehrichtung zugeschaltet werden kann. Eine solche gleiche Drehrichtung für das Zentralrad 11 und das Honlrad 12 und damit für die beiden Antriebsmaschinen 1, 4 zu diesen Kädern kann dabei auch bestehen, ohne daß die Schaltkupplung 15 im Getriebe eingeschaltet ist. Auch dieses Zuschalten der Elektromaschine 4 im wechsel zum Antrieb in der einen oder der anderen Drehrichtung erfolgt durch geeignete Steuermittel selbsttatig mit der Steuerung des Antriebsaggregates für die verschiedenen Fahrzustände. Solche Mittel können zum Beispiel auch durch den variablen Saugdruck im Ansaugstutzen des Primärmotors 1 beeinflußt werden, darüber hinaus zugleich durch die variable Drehzahl der Abtriebswelle 7 des Aggreates.
Das Anlassen des Primärmotors 1 wird mit Hilfe der Elektromaschine 4 mit Energie aus dem Akkumulator 3 vorgenommen. Zu diesem Zweck befindet sich das Fahrzeug im festgebremsten Zustand, und die Schaltkupplung 18 zwischen dem Primarmotor 1 und seinem Zentralrad 11 ist eingeschaltet, während die Haltebremse 14 an dem abtriebsseitigen Hohlrad 13 für eine freie Bewegbarkeit dieses Hades gelöst ist. Die Elektromaschine 4 treibt mit ihrem Hohlrad 12 das Zentralrad 11 über die dabei nicht planetenartig umlaufenden Planetenräder 5 an und bringt -ianit den Primärmotor 1 zum Anlassen.
Nach dem Anlassen stellt sich die itlektromaschine 4 auf Nulldurchsatz von Leistung, in welchem sie durch ihren Antrieb über die Planetenräder 5 widerstands los mit anderer Drehrichtung als die des Primärmotors 1 mit rotiert. In diesem Zustand kann noch kein Drehmoment auf die Abtriebswelle 7 des Aregates übertragen werden, weil hierbei durch den lastlosen Umlauf beider Sohlräder 12, 13 noch keine Drehmomentabstützung im Getriebe besteht. Diese Abstitzung ergibt sich erst mit dem Linschalten der Haltebremse 14 für das zugehörige hohlrad 13 oder mit Verstellung der Elektromaschine 4 aus dem Nulldurchsatz von Leistung, durch die auch an dem zugehörigen anderen Hohlrad 12 ein entsprechend starkes otützmoment aufkommt, durch das sich das Fahrzeug in Bewegung setzt. Zur erzeugung eines dem jeweiligen Bedarf nach im unteren Geschwindigkeitsbereich sehr starken Drehmomentes an der Abtriebswelle 7 tragen im Einschaltzustand der Haltebremse 14 mit Feststellung des zugehörigen Hohlrades 13 beide Antriebsmaschinen 1, 4 bei, die dafür ihre Sonnenräder 11, 12 mit verschiedenen Drehrichtungen antreiben. Das dabei an der Abtriebswelle 7 entstehende kräftige Drehmoment entspricnt dem in 1 Gang eines herkömmlichen PKW-Antriebes mit einem 4-Gang-Schaltgetriebe. In der nächsten Phase der Fahrzeugbeschleunigung oder zum Überwinden minder großer Fahrwiderstånde im unteren Geschwindigkeitsbereich wird die Elektromaschine 4 auf Nulldurchsatz von Leistung eingestellt, so daß hierbei eine Leistungsübertragung allein aus dem Primärmotor 1 auf die Abtriebswelle 7 und ausschließlich über die nicht mit dem Hohlrad 12 der Llektromaschine 4 kämmenden Planetenräder 6 erfolgt. Die anderen ilanetenrider 5 drehen sich dabei mit ihrem Hohlrad 12 und der damit verbundenen Elektromaschine 4 nur widerstandslos mit, wobei die Elektromaschine 4 und ihr Hohlrad 12 aber immer noch mit geringer Drehzahl gesetzmäßig in anderer Drehrichtung rotieren.
Entsprechend dem größeren tJbersetzungsverhältnis durch die größeren Planetenräder 6 steht auch in diesem Betriebszustand etwa für ein Nehmen einer starken und langanhaltenden Steigung noch ein relativ starkes Drehmoment an der Abtriebswelle 7 zur Verfügung.
Mit dem automatischen tinschalten der Elektromaschine 4 als Motor für die darauffolgende Phase der Fahrzeugbeschleunigung mit Drehrichtung gleich die des Pri:nä.rmotors 1 wird selbsttätig die Haltebremse 14 an abtriebsseitigen Hohlrad 1, flr eine freie Bewegbarkeit dieses Rades gelöst. Die Leistung aus beiden Antriebsmaschinen 1, 4 wird nunmehr allein durch die gestalt-verzannten Planetenräder 5 auf die Abtriebswelle 7 des Aggregates übertragen, wobei sich jetzt die anderen Planetenräder 6 mit ihrem entsperrten Hohlrad 13 mit einer bestimmten geringen Differenzdrehzahl nur widerstandslos mitdrenen. Der Getriebeteil mit diesen Planetenrädern 6 ist dabei somit ohne besonderen Schaltvorgang präktisch ganz ausgeschaltet, und das Antriebsaggregat erbeitet für den nächst höheren Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeuges. Das dabei an der Abtriebswelle 7 zur Verfügung stehende Drehmoment ist immer noch ausreichend stark genug, um größeren Fahrwiderstanden - wie zum kräftigen Beschleunigen des Kraftfahrzeuges etwa zum @bernolen eines anderen Fahrzeuges - gerecht zu werden. Die für den vorangegangenen Fahrzustand die Drehzahlsteuerbarkeit des Primärmotors 1 sehr verschiedene Fahrzeuggeschwindigkeiten innerhalb des zugehörigen Geschwindigkeitsbereiches zugelassen hat, so kann für den jetzigen Betriebszustand des Aggregates zu Beherrschung obenfalls sehr unterschiedlicher Geschwindigkeiten und Fahrwiderstande zusätzlich die Drehzahl- und Drehmoment-Steuerbarkeit der Elektromaschine 4 ausgenutzt werden. Das Hohlrad 12 der Elektromaschine 4 kann dabei eine erheblich geringere Drehzahl waben als das Zentral rad 11 mit dem Primärmotor 1, ein Gleichlauf beider Räder 11, 12 und Maschinen ist aber ebenso möglich. Die letzte Phase der Fahrzeugbeschleunigung erfolgt unter Einschaltung der Kupplung 15 im Getriebe zur Durchleitung der Antriebsleistung auf direktem wege und entspricht damit dem Direktgang eines nerkömmlichen PK*Antriebes mit Schaltgetriebe. Zu einem rasanten Fahrzeugbeschleunigen im sogenannten "kick down"-Effekt kann der Vorgang vom eststellen des Hohlrades 13 durch die Haltebremse 14 nit inschaltung der Elektromaschine 4 bis zu ihrem Wirksamwerden mit gewechselten Drehrichtung durch geeignete Steuermittel auch sehr scnnell ablaufen, wobei durch die Ausgleichswirkung des Planetengetriebes die Gefahr eines Abwürgens des Primärmotors 1 vermieden ist.
Zu dem Akkumulator 3 ist ein solcnes Steuermittel vorgesehe, welches die Elektromaschine 4 im Teillastzustand des Aggregates solange auf eine geringe Speicherwirkung einestellt hält, solange eine bestimmte obere Kapazitätsgrenze für den Akkumulator 3 noch nicht erreicht ist. tiese Einstellung kann in verschiedenen Betriebszuständen des Aggregates bestehen und gewährleistet die ständige Verfügbarkeit der Elektromaschine 4 mit ihrem Akkumulator 3 als !ntrlebsquelle.
Das Folgende Zahlenbeispeil für ein Antriebsaggregat nach der Zeichnung veranschaulicht gut, wie wirksam der Aufgabenzweck durch die Lösung nach der Erfindung erfällt wird, wobei devon ausgegangen ist, das die Leistung der Elektromaschine 4 günstigerweise nur ein Fünftel der installierten Leichtung des Primärmotors 1 betragt-Mit angenommenen Zännezahlen für das Zentralrad 11 des Primärmotors von 62 und 56, für die gestuft-verzahnten Planetenrader 5 von 46 und 14, für das Hohlrad 12 der Elektromaschine von 118 und für das andere Hohlrad 13 von 100 ergibt sicn ein Verhaltnis fiir die Derhmoment-Übersetzung zwischen dem Primärmotor 1 und der Abtriebswelle 7 über die gestaft-verzannten Planetenräder 5 von 1,761 und über die anderen Planetenräder 6 von 2,786. Das Verhältnis der Drehmoment-Übersetzung zwischen der Elektromaschine 4 mit ihrem Hohlrad 12 und der Abtriebswelle 7 betragt dabei 2,314 und kommt in dieser Höhe auch für ein Fahren im Rückwärtsgang mit Antrieb allein durch diese Maschine zur Geltung, bei dem das andere Hohlrad 13 lastfrei mit um A t. 1 diesen Auslegungswerden braucht das maximale Drehmoment der Elektromaschine 4 für einen Antrieb im Vorwärsgang des Kraftfahrzeuges vorteilhafterwise nur '/6 ?o von dem des Primärmotors 1 zu b betragen. Damit steht unter Einsatz der Elektromaschine 4 zusatzlich zu dem Primärmotor 1 beim Betrieb im unteren Drehzahlbereich ein maximalen Drehmoment an der Abtriebswelle 7 von mindestens dem 3,81-fachen des Drehmomentes vom Primärmotor 1 zur Verfägung, wänrend der Elektromader Abtriebswelle 7 man dem Drearicstungswechsel der Elektromaschine 4 damit das 1,761-fades des Primärmotormomentes beträgt, gelich dem Dremoment an der Antriebswelle 7, wenn der Primärmotor 1 über die gestuft-verzahnet Planetenräder 5 allein antreibt.
Mit dem dazwischenliegenden Verhältnis von 2,786 für den Alleinantrieb durch den Primärmotor 1 kann dieses Antriebsaggregat lange und steil ansteigenden Paarstrecken beweltigen, ohne daß Energie aus dem Allumulator 3 dafür entnommen wird.
Beim Bescheunigen des Kraftfahrzeuges wirgt die Drehmoment-Übersetzung von 1,761 im Grenzfall vorteilhafterweise bie zum Erreichen von ca. Zweidritteln der regul ren Höchstgeschwindigkeit das Fahrzeuges (bei vmax = 150 km/h sind es 102 km/h), auch wenn die Antriebsleistung der Elektromaschine W in diesem betriebspunkt nur ein Fünftel der Leistung eines dabei mit seiner größten Drehzahl arbeitenden Primärmotors 1 beträgt. Das Drehzahlverhältnis zwiscnen dem Zentralrad 1 un de Hohlrad 12 und damit das der beiden Antriebsmaschinen 1, 4 bel-t sinn in diesem Betriebspunkt auf 3,806, das heilt, daF sich der srimirmotor 1 mit seiner Maximaldrehzanl bei der genannten Zweidreittel-Geschwindigkeit mit den angeführten Auslegungswerten knapp viermal so schnell dreht wie die Elektromaschine 4. Es ist kein erfordernis, daß der Primärmotor 1 bei der genannten Geschwindigkei mit seiner Maximaldrenzahl arbeitet; alle Geschwindigkeiten unterhalb der Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges sind nit verschiedenen Drehzehlverhältnissen zwischen den beiden Antriebsm,aschinen 1, 4 zu erreichen.
Nur die Höchstgeschiwindigkeit erfordert einen Gleichlauf der beiden Maschinen 1, 4, der indessen aber durch das Linschalten der Kupplung 15 im Getriebe spätestens mit dem Erreichen von Zweifritteln der Höchstgeschwindigkeit zwangsliufig zustande kommen kann, wenn mit den angeführten Zähnezahlen auch das Leistungsverhaltnis von 5:1 für die beiden Antriebsmascninen 1, 4 gilt.
Bei weiterem Anstieg der Geschwindigkeit nach diesem Linschalten der Kupplung 15 kann auch trotz der Abnahme des Antriebsmomentes einer noch als Hilfsmotor zugeschalteten ßlektromaschine 4 beim Erreichen der Höchstgeschwindigkeit eine Gesamtleistung von dem 1,2-fachen der Maximalleistung des Primarmotors 1 an der Abtriebswelle 7 gewirkt haben. Mit dem Erreichen der Höchstgeschwindigkeit stellt sich die Elektromaschine 4 bei voller Beanspruchung des Primärmotors 1 zur Aufrechterhaltung dieser Geschwindigkeit auf Nulldurchsatz von Leistung und dreht sich so nur widerstandslos mit; im Teillastzustand dagegen kann die Elektromaschine 4 auch bei dieser Geschwindigkeit selbsttatig auf geringe Speicherwirkung für den Akkumulator 3 eingestellt sein. Erfolgt ein Umschalten des Aggregates mit Hilfe der Schaltkupplung 15 auf eine direkte Leistungsübertragung, somit ohne ein Zahnradwälzen, beispielsweise beim Erreichen eines Drittels der regulären Höchstgeschwindigkeit, so kann mit hilfe der .leKtromaocnine 4 in diesem Betriebspunkt auch im inschaltzustand der Kupplung 15 noch ein Drehmoment an der Abtriebswelle 7 wirken, das mit den angeführten Auslegungswerten das 1,6-fache des Drehmomentes vom Primärmotor 1 beträgt. Das ist damit stärker als das Drehmoment an der Abtriebswelle im 3.
Gang eines herkömmlichen PKW-Antriebes mit einem 4-Gang-Schaltgetriebe. Mit den genannten Auslegungswerten vermag eine im Reihenscnluß geschaltete Elektromaschine 4 mit 15 Po einen voll besetzten PK im Hückwärtsgang noch auf einer Steigung von 25 % sicner anzutreiben.
Das Antriebsaggregat nach der Erfindung erlaubt die gleichen weiteren Ausnestaltungen und baulichen tbwandlungen wie das in der Patentanmeldung P 25 04 867. beschriebene Aggregat. Beispielsweise ist an Stelle oder zusatzlich zu der einen schaltbaren Haltebremse für das Festsetzen eines Sonnenrades auch eine selbettätig schaltende Rücklaufsperre vorzusehen. Zahnräder mit SeJelradverzahnung können für das Planetengetriebe dieses Aggregates ebenfalls zum einsatz kommen. Für die schaltbaren Bremsen und Kupplungen dieses Aggregates sind wie fiir ihre Schalt- und Steuermittel verscniedene Konstruktionen geeignet. Nie für die Antriebsmaschinen zu diesem Aggregat verschiedene Bauformen zum Einsatz kommen können, so ist das auch hinsichtlich ihrer Anordnung im Aggregat und ihrer Verbindung miteinander möglich, wobei sie mit ihren jeweiligen Sonnenrädern in dem Planetengetriebe auch in mittelbarer Antriebsverbindung stehen können. Bin Antriebsaggregat nach der Erfindung kann auch noch mit einer weiteren ein- und umstellbaren und einem Energiespeicher angeschlossenen maschine ausgestattet sein, gegebenenfalls sogar mit einem eigenen EnerCiespeicher und mit oder ohne Verbindung mit dem anderen Energiespeicher des Aggregates, wobei diese beiden Energiespeicher von verschiedener Art sein können. Bei einer anderen Bauform eines Aggregates ist eine einzige ein- und umstellbare Antriebsmaschine zwei verschiedenen Energiespeichern angeschlossen.
Auger für den Antrieb von Kraftfahrzeugen aller Art kann ein Antriebsaggregat nach der Erfindung zur Lösung ähnlich gelagerter Antriebsaufgaben an stationåren Maschinen und Anlagen ebenfalls zum Einsatz kommen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c n e

1.) Antriebsaggregat, vorzugesweise für Kraftfahrzeuge aller Art, mit mindestens zwei Antriebsmascsinen, die über ein Zahnrad-Planetengetriebe zusammenarbeiten, und von denen mindestens eine Antriebsmasenine mit einem Energiespeicher verbanden und im Wechsel zum Speichern und Antreiben ein- und umstellber ist, gekennzeicnnet durch eine Kombination von folgenden merkmalen: a. Für das Plannetengetriebe sind mindestens zwei verschiedene Setze von Planetenrädern (5, 6) mit Stirn- oder Kugelradverzahnung in einem gemeinsamen, mit; der Abtriebswelle (7) des Aggregates drehfezt verbundenen Träger (8) vorgesehen.

b. Die sitze von Planetenradern (5, 6) greifen Ruf der einen Seite in ein gemeinsames gestuft-verzahntes Sonnenrad (11) oder in verschiedene onnenrjder auf gemeinsamer Welle in Antriebsverbindung rnit der nicht dem Snerziespeicner (3) angeschlossenen Antriebsmaschine (1) ein, wahrend sie auf der anderen Seite satzweise in mindestens zwei solche Sonnenrader (12, 13) eingreifen, von denen ein Sonnenrad (12) in Antriebsverbindunf mit der dem Energiespeicher angescnlossenen Antriebsmaschine (4) steht und der Überige Teil (13) dieser Sonnenräder im einzelnen durch eine Rücklaufsperre oder/ und eine schaltbare Haltebremse (14) mindestens in Reaktionskraftrichtung gegen ein Verdrenen gesichert ist.

c. Zwei Glieder (12, 13) des Planetengetriebes sind durch eine Schaltkupplung (15) mit vorzugeweise selbsttätigs wickenden Schaltmitteln zur Durchleitung der Antriebsleistung auf direktem wege drehfest miteinander zu verbinden.

d. Die Drehmoment-Übersetzung von dem Sonnenrad (1Q) der nicht dem Energiespeicher angeschlossener Antriebsmaschine (@) auf die Abtriebswelle (7) ist über die in das Sonnenrad (12) der dem Energiespeicher angeschlossenen Antriebsmaschine (4) eingreifenden Planetenräder (5) um jeweils einen bestimmten Betrag niedriger als über die anderen Sätze von Planetenrädern.

e. Dem @ Energiespeicher (3) ist eine zum Antrieb mit beiden Drehrichtungen ein- und umstellbare Antriebsmaschine (4) angeschlossen, zu der solche Schalt- und Steuermittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe diese maschine für einen unteren Bereicn von Drenzahlen der Antriebswelle (7) zum antrieb nit einer Drenrichtung ihres Sonnenrades (12) entgegen der des Sonnenrader er der anderen Antreibsmaschine (1) und fir einen mittleren und oberen Bereich von Drehzahlen dieser mit umverinderten Drehrichtung rotierenden Welle (7) zum Antrieb mit der gleichen Drehrichtung zugeschaltet werden kann.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der nicat dem Energiespeicher (3) angeschlossenen Antriebsmaschinen (1) zugeordnete Sonnenrad als stirnverzahntes Zentralrad (1) ) ausgebildet ist, während die übrigen Sonnenrader als Hohlräder (12, 13) mit Innenverzahnung ausgebildet sind.

3. Antriebsaggregat nach Anspruch 2, dadurcn gekennzeichnet, daß die in das Hohlrad (12) der dem nerT1iespeicher angeschlossenen Antriebsmaschine eingreifenden Planetenräder die Gestalt von gestaft-doppelverzahnte Planetenrädern (5) haben, deren Verzahnung steil mit kleinem Hälzkreisdurchmesser in den Verzahnungetiel mit großem Walzkreisdurchmesser des Zentralrades (11) der anderen Antriebsmaschine eingreif.

4. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxiale Anordnun g von zwei niteinander verblockten Antriebsmaschinen (1, 4) vorgesehen ist, von denen eine Maschine (4) eine in das Planetengetriebe iiarende Hohlwelle zum Durchaß der priebwelle der anderen Maschine (1) aufweist.

5. Antriebsaggregat nach 4nsprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß fr die beiden mit den Antriebmsmaschinen (1, 4) verbundenen Sonnenrader (11, 12) je eine schaltbare Haltebremse (16, 17) zum verdrehsicheren Feststellen dieser reile vorgesehen ist.

6. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß solcne Schalt- und Steuermittel vorgesehen sind, durch die die Schaltkupplung (1',) zwischen den Getriebegliedern (12, 13) und die Haltetremsen (z4, 16, 17) fir die Sonnenrader im einzellen in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszustsnden des Aggregates selbsttätig und/oder durch Betätigungsmittel manuell ein- und ausgeschaltet werden.

7. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 6, dadurcn gekennzeichnet, daß der nicht dem Energiespelcner (3) ) angeschlossenen Antriebsmaschine (1) und seinem sonnenrad (11) eine solche Schaltkupplung ) - gegebenenfalls eine selbsttätig schaltende Oberhol-und Freilaufkupplung - zwischenoeschaltet ist, durch die in Abhängikeit von verschiedenen Betriebszuständen des Aggregates selbsttatig und durch Betätiogugsmittel gegebenenfalls auch manuell die Antriebsverbindung zwischen dieser Antriebsmaschine (1) und seinem Sonnenrad (1<) im Wechsel hergestellt und unterbrochen wird, insbesondere im Leerlauf und bei Stillstand dieser Maschine ein Freilauf mit Überhowirkung des Fahrzeuges dieser Maschine geenüber und ein Fahrzeugantrieb allein durch die Maschine (4) mit dem Energiespeicher (3) ermöglicht wird.

8. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches Steuermittel zu dem Energiespeicher (3) vorgesehen ist, welches die zugehörige einstellbare Maschine (4) im Peillastzustand des Aggregates solange auf eine geringe Speicherwirkung eingestellt hält, solange eine bestimmte obere Kapazitätsgrenze für den Energiespeicher (3) noch nicht erreicht ist.

9. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere ein- und umstellbare und einem Energiespeicher angeschlossene Maschine vorgesehen ist, gegebenenfalls mit einem eigenen Energiespeicher und mit oder ohne Verbindung mit dem anderen Energiespeicher (3) des Aggregates.

L e e r s e i t e