WO2014108308A1 - Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen retarder und einer elektrischen maschine - Google Patents
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- B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
- B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake
Definitions
- the present invention relates to a drive train with a
- hydrodynamic retarder and an electric machine in detail according to the preamble of claim 1.
- Braking power can be optimized over the entire vehicle speed range and also the electrical power generated during braking with the electric machine can be used to drive electrical units or stored in an electrical storage to later for driving electric units or the drive train, in particular
- DE 10 2005 052 121 AI describes a hydrodynamic retarder or a hydrodynamic clutch with decelerable secondary wheel, wherein non-positive and frictional braking devices, hydraulic brake systems or
- the retarder can be decoupled by means of a separating clutch.
- a second separating clutch may be provided.
- hydrodynamic retarder on a first power take-off on the secondary side of a vehicle transmission and an electric machine on a second Power take-off on the secondary side of the vehicle transmission, wherein the rotor of the electric machine either via a high-drive between the
- Main output shaft and the output shaft of the transmission or via a countershaft of the transmission can be driven.
- the electric machine and the primary wheel of the hydrodynamic retarder can be uncoupled from the drive power flow in the transmission according to one embodiment. Furthermore, a second separating clutch in the auxiliary branch of the electric machine in front of its rotor enables the isolated decoupling of the electric machine from the drive power transmission in the gearbox.
- Embodiments have the disadvantage that in practice the life of the separating clutch is relatively low.
- the present invention has for its object to provide a drive train with a hydrodynamic retarder and an electric machine, in which a reliable operation with a long service life can be achieved, advantageously the design of the necessary space and the integration of the hydrodynamic retarder and the electric machine in the drivetrain should be optimized.
- the object of the invention is achieved by a drive train with the
- the drive train according to the invention has a hydrodynamic retarder and an electric machine, wherein the hydrodynamic retarder a powered primary wheel comprising a Primärradrundsammlung with a plurality of Primärradschaufeln, and a stationary or counter-driven to the primary wheel secondary wheel comprising a SekundärradgrundSystem with a plurality of Sekundärradschaufeln having.
- the primary wheel and the secondary wheel stand with their blades in the axial direction, which corresponds to the axis of rotation of at least the primary wheel, in such a way that a torus-shaped working space is formed in the region of the blades, which can be filled or filled with a working medium, by a hydrodynamic circulation flow of the
- the electric machine has a driven rotor and a stator, which are in operative operative electromagnetic connection with one another to generate drive power from electrical energy in a first state by an electric motor and to generate regenerative electrical energy from drive power in a second state.
- the primary wheel of the hydrodynamic retarder and the rotor of the electric machine have a common drive shaft
- hydrodynamic retarder between the rotor of the electric machine and the hydrodynamic retarder or alternatively provided between the hydrodynamic retarder and a branch of the drive power flow to the rotor of the electric machine.
- the hydrodynamic retarder in particular the primary wheel of the hydrodynamic retarder, by means of Disconnect mechanically from the drive power flow of the common
- hydrodynamic converter or other hydraulic or hydrodynamic machine is provided in the connection between the common drive shaft and the rotor of the electric machine.
- common drive shaft as a power input that these
- Drive shaft transmits at least temporarily drive power to the rotor of the electric machine, which then works as a generator. If the common drive shaft, as particularly advantageous provided by a power take-off shaft of a transmission, in particular a manual transmission,
- Power take-off shaft as a common drive shaft for the hydrodynamic retarder and the rotor of the electric machine rotates and thus with this power take-off shaft and the rotor of the electric machine.
- Disconnect is opened, however, the primary wheel of the hydrodynamic retarder is switched out of this power flow and is no longer driven by the common drive shaft, that is, the PTO shaft.
- the electrical machine can be switched largely or completely free of load, so that despite the rotating rotor no or only Schemeringes resistance moment is generated.
- the electrical machine is designed as an exciter machine, for example, the excitation voltage or the excitation field can be switched off.
- the electric machine is designed as a permanently excited electrical machine, other measures may be provided to minimize the drag losses.
- a particularly small load in particular in the form of an electrical resistance, which is cooled according to one embodiment, be coupled as an electrical load to the electric machine.
- the electric machine when the electric machine is provided for displaying a so-called mild hybrid drive train, that is, the maximum power of the electric machine is less than the maximum power of an additionally provided internal combustion engine, by means of which the drive train is drivable, and the maximum power of the electric Machine is not sufficient to drive the vehicle purely electrically, so by not using a clutch between the common drive shaft and the rotor of the electric machine so far a heavy burden of
- Disconnect clutch avoided by frequent switching operations for initiating the regenerative operation or the engine operation of the electric machine.
- the reduction of decoupling solely on the hydrodynamic retarder or the primary wheel of the hydrodynamic retarder by means of a separating clutch leads to a significantly lower switching frequency and thus to a significantly extended life of the separating clutch.
- simpler and less robust disconnect couplings can be used, both synchronized disconnect couplings and unsynchronized disconnect couplings, depending on otherwise possibility of synchronizing the speed between the primary wheel of the hydrodynamic retarder and the hydrodynamic retarder facing away from the clutch.
- the primary wheel of the hydrodynamic retarder and the rotor of the electric machine are coaxially juxtaposed in the axial direction next to each other, wherein the
- Direction of the axial direction refers to the direction of rotation of the hydrodynamic retarder or the electric machine.
- a positioning in the radial direction next to each other is possible, that is, the primary wheel of the hydrodynamic retarder and at least the rotor of the electric machine are positioned in a common plane perpendicular to the direction of the axis of rotation of both machines.
- the stator of the electric machine may be provided in this common plane.
- An embodiment of the invention provides that the separating clutch is provided on or on the common drive shaft.
- Transmission in particular vehicle transmission, is formed, wherein the
- Power take-off shaft is advantageously provided on the secondary side of the transmission, but also a positioning on the primary side of the transmission or on a power take-off of an internal combustion engine is possible, the rotor of the electric machine can be positioned directly on the power take-off shaft.
- the primary wheel of the hydrodynamic retarder can be positioned coaxially with it via the separating clutch or, according to an alternative embodiment, on a shaft driven by the power take-off shaft via a transmission, in particular a high-power drive.
- a transmission in particular a high-power drive.
- the separating clutch is provided on the shaft driven by the power take-off shaft via the transmission, in particular the high-drive shaft or on this shaft.
- An alternative embodiment provides advantageous that the separating clutch between the PTO shaft and an input, in particular in the form of a gear, such as spur gear or bevel gear, the
- Figure 1 shows an embodiment of a drive train according to the invention with a coaxial positioning of a hydrodynamic retarder and an electric machine on a secondary side
- FIG. 2 shows a mechanical connection of an electrical machine and a hydrodynamic retarder to a secondary output shaft on the secondary side of a motor vehicle transmission with various possibilities of positioning the electric machine and a motor vehicle transmission
- Figure 3 shows an embodiment similar to an alternative of Figure 2, but with positioning of the separating clutch between an input of the transmission and the PTO shaft.
- FIG. 1 shows a drive train with a drive motor 1 and a transmission 2 downstream of the drive motor 1 in the drive power flow.
- the transmission 2 has a transmission input shaft 3 and a
- Transmission output shaft 4 on.
- an intermediate mechanical connection here for example in the form of the propeller shaft 5 and the differential 6, is supported by a drive axle 8
- Rear wheels 7, is referred to herein as main branch 9. Therefore, the transmission output shaft 4 is also referred to as the main output shaft of the transmission 2.
- this side branch 10 is a combination of hydrodynamic retarder 13 and electrical
- the power take-off has a power take-off shaft 12 which rotatably supports the rotor 14.1 of the electric machine 14.
- the rotor 14.1 is enclosed in the radial direction by the stator 14.2 of the electric machine 14, but this could also be different.
- the stator could be 14.2 provided axially adjacent to the rotor 14.1 or radially within the rotor 14.1.
- the PTO shaft 12 which has a common drive shaft for the electric machine 14 and the
- the hydrodynamic retarder 13 is behind the rotor 14.1 or the connection of the rotor 14.1 on the driving shaft (here the PTO shaft 12) a separating clutch 16 is provided by which the primary wheel 13.1 of the hydrodynamic retarder mechanically from the drive power flow of the main branch. 9 and the sub-branch 10 can be decoupled, so that the primary wheel 13.1 does not rotate around and
- hydrodynamic retarder 13 is avoided.
- hydrodynamic retarder 13 via a second translation 15 at the
- Translation 11 is in a drive connection with the transmission output shaft 4.
- the primary wheel 13.1 is driven via a primary wheel shaft 17, which is connected to the power take-off shaft 12 via a spur gear.
- the auxiliary output shaft 12 permanently drives the electric machine 14 or the rotor of the electric machine 14, which is not shown in detail here.
- Power take-off shaft 12 on the Primärradwelle 17, on an additional connected via a further translation to the Primärradwelle 17 shaft 18th In principle, it is possible to provide a plurality of electric machines 14 at the same time, for example at two or more of the positions shown.
- the separating clutch 16 is further provided on or on the Primärradwelle 17, so that the
- the separating clutch 16 between the PTO shaft 12 and an input of the transmission 15, via which the Primärradwelle 17 is connected to the PTO shaft 12, is provided.
- the gear 15.1 can optionally be rotatably connected to the PTO shaft 12.
- the gear 15.1 represents the input of the translation 15, wherein the output of this translation is formed by a gear 15.2 on the Primärradwelle 17.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder und einer elektrischen Maschine, wobei der hydrodynamische Retarder - ein angetriebenes Primärrad, umfassend einen Primärradgrundkörper mit einer Vielzahl von Primärradschaufeln, und - ein stationäres oder gegenläufig zum Primärrad angetriebenes Sekundärrad, umfassend einen Sekundärradgrundkörper mit einer Vielzahl von Sekundärradschaufeln aufweist, und - sich das Primärrad und das Sekundärrad mit ihren Schaufeln in Axialrichtung, welche der Drehachse zumindest des Primärrades entspricht, derart gegenüberstehen, dass ein torusförmiger Arbeitsraum im Bereich der Schaufeln ausgebildet wird, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar oder befüllt ist, um durch eine hydrodynamische Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum Drehmoment hydrodynamisch vom Primärrad auf das Sekundärrad zu übertragen; und - die elektrische Maschine einen angetriebenen Rotor und einen Stator aufweist, die in elektromagnetischer Wirkverbindung miteinander stehen, um in einem ersten Zustand elektromotorisch Antriebsleistung aus elektrischer Energie zu erzeugen und in einem zweiten Zustand generatorisch elektrische Energie aus Antriebsleistung zu erzeugen, wobei - das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine eine gemeinsame Antriebswelle als Leistungseingang aufweisen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkupplung in Richtung des Antriebsleistungsflusses von der gemeinsamen Antriebswelle zum hydrodynamischen Retarder zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem hydrodynamischen Retarder oder zwischen dem hydrodynamischen Retarder und einem Abzweig des Antriebsleistungsflusses zu dem Rotor der elektrischen Maschine positioniert ist, wohingegen der Rotor der elektrischen Maschine in einer permanenten mechanischen Verbindung mit der gemeinsamen Antriebswelle steht.
Description
Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder
und einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem
hydrodynamischen Retarder und einer elektrischen Maschine, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Während herkömmlich in der Regel entweder ein hydrodynamischer Retarder oder eine elektrische Maschine zum Abbremsen eines Antriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, wie ihn die vorliegende Erfindung vorteilhaft betrifft, vorgesehen wurde, sind in jüngerer Zeit Antriebsstränge vorgeschlagen worden, in welchen ein hydrodynamischer Retarder mit einer elektrischen
Maschine kombiniert wurde, um den Antriebsstrang einerseits hydrodynamisch und andererseits durch Erzeugen elektrischer Leistung verschleißfrei abbremsen zu können. Das Vorsehen einer elektrischen Maschine zusätzlich zu dem
hydrodynamischen Retarder hat dabei den Vorteil, dass die verschleißfreie
Bremsleistung über dem gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich optimiert werden kann und ferner die beim Bremsen mit der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Leistung zum Antrieb elektrischer Aggregate genutzt oder in einem elektrischen Speicher gespeichert werden kann, um später zum Antrieb von elektrischen Aggregaten oder des Antriebsstrangs, insbesondere
Kraftfahrzeugantriebsstrangs, verwendet zu werden.
Zum Stand der Technik wird auf die Druckschrift DE 10 2004 055 821 AI verwiesen, welche eine Kombination eines hydrodynamischen Retarders und einer elektrischen Maschine zu einer Bremseinheit offenbart, wobei das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zueinander, direkt drehfest aneinander, in axialer Richtung mit Abstand
zueinander, exzentrisch zueinander, über ein Getriebe miteinander verbunden oder auf verschiedenen Wellen nebeneinander angeordnet sind.
DE 10 2005 052 121 AI beschreibt einen hydrodynamischen Retarder oder eine hydrodynamische Kupplung mit abbremsbarem Sekundärrad, wobei kraft- und reibschlüssige Bremseinrichtungen, hydraulische Bremssysteme oder
elektrische/elektromagnetische Bremssysteme zur Abbremsung vorgeschlagen werden.
DE 10 2007 038 236 AI beschreibt eine elektrische Maschine, um die
Sekundärseite einer hydrodynamischen Kupplung abzubremsen, wobei die elektrische Maschine auch zum Starten des Verbrennungsmotors oder zum elektrischen Fahren herangezogen wird.
DE 10 2005 039 592 AI beschreibt ein Getriebe mit integrierter elektrischer Maschine und mit einem hydrodynamischen Retarder, wobei die elektrische Maschine den hydrodynamischen Wandler ersetzt.
DE 10 2009 001 146 AI beschreibt einen Sekundärretarder mit koaxial
positionierter elektrischer Maschine, wobei der Retarder und die elektrische Maschine insbesondere gemeinsam mittels einer Trennkupplung abgekoppelt werden können.
DE 10 2009 001 147 AI beschreibt einen Sekundärretarder auf einem Hochtrieb des Getriebes und zusätzlich eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine auf der Sekundärseite des Getriebes koaxial auf einer
Nebenabtriebswelle. Optional ist der Retarder mittels einer Trennkupplung abkoppelbar. Für die elektrische Maschine kann eine zweite Trennkupplung vorgesehen sein.
DE 10 2009 001 149 AI beschreibt einen Antriebsstrang mit einem
hydrodynamischen Retarder auf einem ersten Nebenabtrieb auf der Sekundärseite eines Fahrzeuggetriebes und einer elektrischen Maschine auf einem zweiten
Nebenabtrieb auf der Sekundärseite des Fahrzeuggetriebes, wobei der Rotor der elektrischen Maschine entweder über einen Hochtrieb zwischen der
Hauptabtriebswelle und der Nebenabtriebswelle des Getriebes oder über eine Vorgelegewelle des Getriebes angetrieben werden kann. Der Rotor der
elektrischen Maschine und das Primärrad des hydrodynamischen Retarders können gemäß einer Ausführungsform gemeinsam gegenüber dem Antriebsleistungsfluss im Getriebe abgekoppelt werden. Ferner ermöglicht eine zweite Trennkupplung im Nebenzweig der elektrischen Maschine vor deren Rotor die isolierte Abkopplung der elektrischen Maschine von der Antriebsleistungsübertragung im Getriebe.
Obwohl durch die gemeinsame Abkopplung des hydrodynamischen Retarders und der elektrischen Maschine Schleppverluste im Nichtbremsbetrieb weitgehend vermieden werden können, weisen insbesondere die zuletzt dargestellten
Ausführungsformen den Nachteil auf, dass in der Praxis die Lebensdauer der Trennkupplung verhältnismäßig gering ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder und einer elektrischen Maschine anzugeben, bei welchem eine zuverlässige Funktionsweise mit langer Lebensdauer erreicht werden kann, wobei vorteilhaft die Gestaltung des notwendigen Bauraums und die Integration des hydrodynamischen Retarders und der elektrischen Maschine in den Antriebsstrang optimiert sein soll.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebstrang mit den
Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang weist einen hydrodynamischen Retarder und eine elektrische Maschine auf, wobei der hydrodynamische Retarder ein
angetriebenes Primärrad, umfassend einen Primärradrundkörper mit einer Vielzahl von Primärradschaufeln, und ein stationäres oder gegenläufig zum Primärrad angetriebenes Sekundärrad, umfassend einen Sekundärradgrundkörper mit einer Vielzahl von Sekundärradschaufeln, aufweist. Das Primärrad und das Sekundärrad stehen sich mit ihren Schaufeln in Axialrichtung, welche der Drehachse zumindest des Primärrades entspricht, derart gegenüber, dass ein torusförmiger Arbeitsraum im Bereich der Schaufeln ausgebildet wird, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar oder befüllt ist, um durch eine hydrodynamische Kreislaufströmung des
Arbeitsmediums im Arbeitsraum Drehmoment hydrodynamisch vom Primärrad auf das Sekundärrad zu übertragen.
Die elektrische Maschine weist einen angetriebenen Rotor und einen Stator auf, die in elektromagnetischer Wirkverbindung miteinander stehen, um in einem ersten Zustand elektromotorisch Antriebsleistung aus elektrischer Energie zu erzeugen und in einem zweiten Zustand generatorisch elektrische Energie aus Antriebsleistung zu erzeugen.
Erfindungsgemäß weisen das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine eine gemeinsame Antriebswelle als
Leistungseingang auf, das bedeutet, diese gemeinsame Antriebswelle treibt mittelbar sowohl das Primärrad des hydrodynamischen Retarders als auch den Rotor der elektrischen Maschine an.
Erfindungsgemäß ist nun eine Trennkupplung in Richtung des
Antriebsleistungsflusses von der gemeinsamen Antriebswelle zum
hydrodynamischen Retarder zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem hydrodynamischen Retarder oder alternativ zwischen dem hydrodynamischen Retarder und einem Abzweig des Antriebsleistungsflusses zu dem Rotor der elektrischen Maschine vorgesehen. Somit ist der hydrodynamische Retarder, insbesondere das Primärrad des hydrodynamischen Retarders, mittels der
Trennkupplung mechanisch vom Antriebsleistungsfluss der gemeinsamen
Antriebswelle abkoppelbar, wohingegen der Rotor der elektrischen Maschine in einer permanenten mechanischen Verbindung mit der gemeinsamen Antriebswelle steht und daher zusammen mit der gemeinsamen Antriebswelle, insbesondere in einem festen Übersetzungsverhältnis, umläuft. Eine solche permanente
mechanische Verbindung sieht insbesondere vor, dass kein schlupfbehaftetes Aggregat, wie bespielsweise eine hydrodynamische Kupplung oder ein
hydrodynamischer Wandler oder eine andere hydraulische oder hydrodynamische Maschine in der Verbindung zwischen der gemeinsamen Antriebswelle und dem Rotor der elektrischen Maschine vorgesehen ist. Darüber hinaus ergibt sich aus dem Begriff„gemeinsame Antriebswelle" als Leistungseingang, dass diese
Antriebswelle zumindest zeitweise Antriebsleistung auf den Rotor der elektrischen Maschine, die dann generatorisch arbeitet, überträgt. Wenn die gemeinsame Antriebswelle, wie besonders vorteilhaft vorgesehen, durch eine Nebenabtriebswelle eines Getriebes, insbesondere Schaltgetriebes,
automatisierten Schaltgetriebes oder Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs gebildet wird, so bedeutet dies, dass immer dann, wenn das Fahrzeug sich bewegt und damit eine Abtriebswelle des Getriebes umläuft, auch die gemeinsame
Nebenabtriebswelle als gemeinsame Antriebswelle für den hydrodynamischen Retarder und den Rotor der elektrischen Maschine umläuft und somit mit dieser Nebenabtriebswelle auch der Rotor der elektrischen Maschine. Wenn die
Trennkupplung geöffnet ist, ist hingegen das Primärrad des hydrodynamischen Retarders aus diesem Leistungsfluss herausgeschaltet und wird nicht mehr durch die gemeinsame Antriebswelle, das heißt die Nebenabtriebswelle angetrieben.
Um auch die elektrische Maschine abschalten zu können, beispielsweise wenn ein der elektrischen Maschine zugeordneter elektrischer Speicher vollständig gefüllt ist und für den von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb erzeugten Strom kein Abnehmer zur Verfügung steht, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass
die elektrische Maschine weitgehend oder vollständig lastfrei schaltbar ist, sodass trotz umlaufendem Rotor kein oder nur eingeringes Widerstandsmoment erzeugt wird. Wenn die elektrische Maschine als Erregermaschine ausgeführt ist, kann beispielsweise die Erregerspannung beziehungsweise das Erregerfeld abgeschaltet werden. Wenn die elektrische Maschine hingegen als permanent erregte elektrische Maschine ausgeführt ist, können andere Maßnahmen vorgesehen sein, um die Schleppverluste zu minimieren. Beispielsweise kann eine besonders kleine Last, insbesondere in Form eines elektrischen Widerstands, der gemäß einer Ausführungsform gekühlt wird, als elektrischer Verbraucher an die elektrische Maschine gekoppelt werden.
Insbesondere, wenn die elektrische Maschine zur Darstellung eines sogenannten Mild-Hybrid-Antriebsstrangs vorgesehen ist, das heißt dass die maximale Leistung der elektrischen Maschine kleiner als die maximale Leistung eines zusätzlich vorgesehenen Verbrennungsmotors, mittels welchem der Antriebsstrang antreibbar ist, und die maximale Leistung der elektrischen Maschine nicht ausreicht, um das Kraftfahrzeug rein elektrisch anzutreiben, so wird durch den Verzicht auf eine Trennkupplung zwischen der gemeinsamen Antriebswelle und dem Rotor der elektrischen Maschine eine bisher starke Belastung der
Trennkupplung durch häufige Schaltvorgänge zum Einleiten des generatorischen Betriebs oder des motorischen Betriebs der elektrischen Maschine vermieden. Die Reduzierung der Abkopplung allein auf den hydrodynamischen Retarder beziehungsweise das Primärrad des hydrodynamischen Retarders mittels einer Trennkupplung führt zu einer erheblich geringeren Schalthäufigkeit und damit zu einer erheblich verlängerten Lebensdauer der Trennkupplung. Außerdem können einfachere und weniger robuste Trennkupplungen zum Einsatz kommen, sowohl synchronisierte Trennkupplungen als auch unsynchronisierte Trennkupplungen, je nach anderweitiger Möglichkeit der Synchronisierung der Drehzahl zwischen dem Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der dem hydrodynamischen Retarder abgewandten Seite der Trennkupplung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zueinander in Axialrichtung nebeneinander positioniert, wobei sich die
Richtungsangabe der Axialrichtung auf die Drehrichtung des hydrodynamischen Retarders beziehungsweise der elektrischen Maschine bezieht. Alternativ ist auch eine Positionierung in Radialrichtung nebeneinander möglich, das heißt das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und zumindest der Rotor der elektrischen Maschine sind in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Richtung der Drehachse beider Maschinen positioniert. Zusätzlich kann auch der Stator der elektrischen Maschine in dieser gemeinsamen Ebene vorgesehen sein.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trennkupplung an der oder auf der gemeinsamen Antriebswelle vorgesehen ist.
Je nach zur Verfügung stehendem Bauraum hat sich als günstig erwiesen, wenn das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine auf zueinander parallelen oder senkrecht oder winklig zueinander verlaufenden Wellen positioniert sind.
Wenn die gemeinsame Antriebswelle durch eine Nebenabtriebswelle eines
Getriebes, insbesondere Fahrzeuggetriebes, gebildet wird, wobei die
Nebenabtriebswelle vorteilhaft auf der Sekundärseite des Getriebes vorgesehen ist, jedoch auch eine Positionierung auf der Primärseite des Getriebes oder auf einem Nebenabtrieb eines Verbrennungsmotors möglich ist, so kann der Rotor der elektrischen Maschine unmittelbar auf der Nebenabtriebswelle positioniert sein. Das Primärrad des hydrodynamischen Retarders kann über die Trennkupplung angeschlossen koaxial hierzu positioniert sein oder gemäß einer alternativen Ausgestaltung auf einer von der Nebenabtriebswelle über eine Übersetzung, insbesondere einen Hochtrieb angetriebenen Welle. Selbstverständlich kommen
auch eine oder mehrere Zwischenwellen mit weiteren Übersetzungen zwischen der Nebenabtriebswelle und der Welle mit dem Primärrad des hydrodynamischen Retarders in Betracht. Günstig ist es, wenn die Trennkupplung auf der von der Nebenabtriebswelle über die Übersetzung, insbesondere den Hochtrieb angetriebenen Welle oder an dieser Welle vorgesehen ist. Eine alternative Ausführungsform sieht vorteilhaft vor, dass die Trennkupplung zwischen der Nebenabtriebswelle und einem Eingang, insbesondere in Form eines Zahnrads, wie Stirnrads oder Kegelrads, der
Übersetzung vorgesehen ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben werden. Es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einer koaxialen Positionierung eines hydrodynamischen Retarders und einer elektrischen Maschine auf einer sekundärseitigen
Nebenabtriebswelle eines Fahrzeuggetriebes;
Figur 2 einen mechanischen Anschluss einer elektrischen Maschine und eines hydrodynamischen Retarders an einer Nebenabtriebswelle auf der Sekundärseite eines Kraftfahrzeuggetriebes mit verschiedenen Möglichkeiten der Positionierung der elektrischen Maschine und einer
Positionierung des hydrodynamischen Retarders auf einer Welle, die über eine Übersetzung an der Nebenabtriebswelle angeschlossen ist;
Figur 3 eine Ausführungsform ähnlich einer Alternative der Figur 2, jedoch mit Positionierung der Trennkupplung zwischen einem Eingang der Übersetzung und der Nebenabtriebswelle.
In der Figur 1 ist ein Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor 1 und einem im Antriebsleistungsfluss dem Antriebsmotor 1 nachgeschalteten Getriebe 2 dargestellt. Das Getriebe 2 weist eine Getriebeeingangswelle 3 und eine
Getriebeausgangswelle 4 auf. An der Getriebeausgangswelle 4 sind über eine zwischengeschaltete mechanische Verbindung, hier beispielsweise in Form der Gelenkwelle 5 und dem Differential 6 von einer Antriebsachse 8 getragene
Antriebsräder 7 mittelbar angeschlossen.
Der Weg, den die Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor 1 bis zu den
Antriebsrädern 7 zurücklegt, wird vorliegend als Hauptzweig 9 bezeichnet. Daher wird die Getriebeausgangswelle 4 auch als Hauptabtriebswelle des Getriebes 2 bezeichnet.
Vom Hauptzweig 9 zweigt an der Getriebeabtriebswelle 4 ein Nebenzweig ab, der eine Übersetzung 11 ins Schnelle (Hochtrieb) aufweist. In diesem Nebenzweig 10 ist eine Kombination aus hydrodynamischem Retarder 13 und elektrischer
Maschine 14 angeordnet, vorliegend auf einem sogenannten Nebenabtrieb auf der Sekundärseite des Getriebes 2.
Der Nebenabtrieb weist eine Nebenabtriebswelle 12 auf, die den Rotor 14.1 der elektrischen Maschine 14 drehfest trägt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Rotor 14.1 in Radialrichtung vom Stator 14.2 der elektrischen Maschine 14 umschlossen, dies könnte jedoch auch anders sein. Beispielsweise könnte der Stator 14.2 axial neben dem Rotor 14.1 oder radial innerhalb des Rotors 14.1 vorgesehen sein.
In Richtung des Antriebsleistungsflusses von der Nebenabtriebswelle 12, die eine gemeinsame Antriebswelle für die elektrische Maschine 14 und den
hydrodynamischen Retarder 13 darstellt, zum hydrodynamischen Retarder 13 ist hinter dem Rotor 14.1 beziehungsweise dem Anschluss des Rotors 14.1 auf der ihn antreibenden Welle (hier der Nebenabtriebswelle 12) eine Trennkupplung 16 vorgesehen, mittels welcher das Primärrad 13.1 des hydrodynamischen Retarders mechanisch vom Antriebsleistungsfluss des Hauptzweigs 9 und des Nebenzweigs 10 abkoppelbar ist, sodass das Primärrad 13.1 nicht weiter umläuft und
dementsprechend kein Bremsmoment hydrodynamisch vom Primärrad 13.1 auf das Sekundärrad 13.2, vorliegend als Stator ausgeführt, des hydrodynamischen Retarders 13 übertragen wird und zudem ein Schleppmoment des
hydrodynamischen Retarders 13 vermieden wird.
In der Figur 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, bei welcher sich entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen beziffert sind.
Abweichend von der Ausführungsform gemäß der Figur 1 ist hier der
hydrodynamische Retarder 13 über eine zweite Übersetzung 15 an der
Nebenabtriebswelle 12 angeschlossen, welche wiederum über eine erste
Übersetzung 11 in einer Triebverbindung mit der Getriebeausgangswelle 4 steht.
Im Einzelnen wird das Primärrad 13.1 über eine Primärradwelle 17 angetrieben, die über ein Stirnradgetriebe an der Nebenabtriebswelle 12 angeschlossen ist. Die Nebenabtriebswelle 12 treibt zugleich permanent die elektrische Maschine 14 beziehungsweise den hier nicht im Einzelnen dargestellten Rotor der elektrischen Maschine 14 an.
In der Figur 2 sind nun verschiedene mögliche Positionen für die permanent angetriebene elektrische Maschine 14 dargestellt, beispielsweise auf der
Nebenabtriebswelle 12, auf der Primärradwelle 17, auf einer zusätzlichen über eine weitere Übersetzung an der Primärradwelle 17 angeschlossenen Welle 18
oder auf einer zusätzlichen über eine weitere Übersetzung an der Nebenabtriebswelle angeschlossenen Welle 19. Prinzipiell ist es möglich, mehrere elektrische Maschinen 14 gleichzeitig vorzusehen, beispielsweise an zwei oder mehr der gezeigten Positionen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Trennkupplung 16 ferner auf der beziehungsweise an der Primärradwelle 17 vorgesehen, sodass die
Antriebsleistungsübertragung von der Primärradwelle 17 auf das Primärrad 13.1 mittels der Trennkupplung 16 unterbrochen werden kann.
In der Figur 3 ist ein Beispiel dafür dargestellt, dass die Trennkupplung 16 zwischen der Nebenabtriebswelle 12 und einem Eingang der Übersetzung 15, über welche die Primärradwelle 17 an der Nebenabtriebswelle 12 angeschlossen ist, vorgesehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Zahnrad 15.1 wahlweise drehfest mit der Nebenabtriebswelle 12 verbunden werden. Das Zahnrad 15.1 stellt den Eingang der Übersetzung 15 dar, wobei der Ausgang dieser Übersetzung durch ein Zahnrad 15.2 auf der Primärradwelle 17 gebildet wird.
Claims
1. Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder (13) und einer
elektrischen Maschine (14), wobei der hydrodynamische Retarder (13)
1.1 ein angetriebenes Primärrad (13.1), umfassend einen Primärradgrundkörper mit einer Vielzahl von Primärradschaufeln, und
1.2 ein stationäres oder gegenläufig zum Primärrad (13.1) angetriebenes
Sekundärrad (13.2), umfassend einen Sekundärradgrundkörper mit einer Vielzahl von Sekundärradschaufeln aufweist, und
1.3 sich das Primärrad (13.1) und das Sekundärrad (13.2) mit ihren Schaufeln in Axialrichtung, welche der Drehachse zumindest des Primärrades (13.1) entspricht, derart gegenüberstehen, dass ein torusförmiger Arbeitsraum im Bereich der Schaufeln ausgebildet wird, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar oder befüllt ist, um durch eine hydrodynamische
Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum Drehmoment hydrodynamisch vom Primärrad (13.1) auf das Sekundärrad (13.2) zu übertragen; und
1.4 die elektrische Maschine (14) einen angetriebenen Rotor (14.1) und einen Stator (14.2) aufweist, die in elektromagnetischer Wirkverbindung miteinander stehen, um in einem ersten Zustand elektromotorisch
Antriebsleistung aus elektrischer Energie zu erzeugen und in einem zweiten Zustand generatorisch elektrische Energie aus Antriebsleistung zu erzeugen, wobei
1.5 das Primärrad (13.1) des hydrodynamischen Retarders (13) und der Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) eine gemeinsame Antriebswelle als Leistungseingang aufweisen;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.6 eine Trennkupplung (16) in Richtung des Antriebsleistungsflusses von der gemeinsamen Antriebswelle zum hydrodynamischen Retarder (13) zwischen dem Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) und dem
hydrodynamischen Retarder (13) oder zwischen dem hydrodynamischen Retarder (13) und einem Abzweig des Antriebsleistungsflusses zu dem Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) positioniert ist, wohingegen der Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) in einer permanenten mechanischen Verbindung mit der gemeinsamen Antriebswelle steht.
2. Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Primärrad (13.1) des hydrodynamischen Retarders (13) und der Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) koaxial zueinander, in Radialrichtung oder Axialrichtung nebeneinander positioniert sind.
3. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (16) an der oder auf der gemeinsamen Antriebswelle vorgesehen ist.
4. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Primärrad (13.1) des hydrodynamischen
Retarders (13) und der Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) auf zueinander parallelen oder senkrecht oder winklig zueinander verlaufenden Wellen positioniert sind.
5. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die gemeinsame Antriebswelle durch eine
Nebenabtriebswelle (12) eines Getriebes (2), insbesondere Schaltgetriebes, automatisierten Schaltgetriebes oder Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs gebildet wird.
6. Antriebsstrang gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
gemeinsame Antriebswelle durch eine Nebenabtriebswelle (12) auf der Sekundärseite des Getriebes (2) gebildet wird.
7. Antriebsstrang gemäß der Ansprüche 4 und 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rotor (14.1) der elektrischen Maschine (14) auf der Nebenabtriebswelle (12) positioniert ist und das Primärrad (13.1) des hydrodynamischen Retarders (13) auf einer von der Nebenabtriebswelle (12) über eine Übersetzung (15), insbesondere einen Hochtrieb
angetriebenen Welle (17) positioniert ist.
8. Antriebsstrang gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennkupplung (16) an der oder auf der über die Übersetzung (15) angetriebenen Welle (17) vorgesehen ist.
9. Antriebsstrang gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
Trennkupplung (16) zwischen der Nebenabtriebswelle (12) und einem Eingang, insbesondere in Form eines Zahnrads (15.1), wie Stirnrads oder Kegelrads, der Übersetzung (15) vorgesehen ist.
10. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der Nebenabtrieb (12) über einen Hochtrieb an einer Hauptabtriebswelle (4) des Getriebes (2) permanent angeschlossen ist.
11. Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (14) elektrisch lastfrei schaltbar ist.
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