DE10152481A1 - Elektrodynamisches Antriebssystem - Google Patents

Elektrodynamisches Antriebssystem

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Abstract

Ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe (2) und einem Planetengetriebe (68) umfasst die drei Elemente Sonnenrad (12), Hohlrad (16) und Planetenträger (20), von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle (8) verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine (58) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element (50) mit einem Elektromotor (70) und einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse (64) verbunden ist. Eine Schalteinrichtung (24) weist eine erste Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (68) zur Überbrückung des Planetengetriebes (68) besteht. Die Schalteinrichtung (24) weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (68) unterbrochen ist. Die Schalteinrichtung (24) weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element und einem festen Gehäuseteil (26) besteht. An dem mit der Schalteinrichtung (24) verbundenen Element (16, 60) ist ein Rotor (62) der Wirbelstrombremse (64) angeordnet, der mit einem Stator (66) zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil (26) angeordnet ist. Das Planetengetriebe (68) ist an einer Abtriebswelle (6) am Ausgang des Schaltgetriebes (2) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektrodynamisches Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Elektrodynamische Maschinen werden in verschiedenen Systemen als Anordnungen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe im Fahrzeug vorgeschlagen. So wird beispielgebend in der DE 199 34 696 A1 ein elektrodynamische Antriebssystem für ein Fahrzeug beschrieben, das zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein Planetengetriebe aufweist, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst. Der Planetenträger als erstes Element ist mit dem Schaltgetriebe verbunden, das Hohlrad als zweites Element ist mit der Antriebsmaschine verbunden und das Sonnenrad als drittes Element ist mit einem Elektromotor und mit einem elektrischen Wirbelstromretarder verbunden. Mit dieser Anordnung lässt sich die Antriebsmaschine starten, elektrische Energie erzeugen, elektrisch bremsen und das Fahrzeug auch aus dem Stand anfahren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übersetzungen der Gangstufen des Schaltgetriebes eines mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüsteten Fahrzeugs zu erweitern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektrodynamisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Nach der Erfindung gehört zu einem elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug ein Schaltgetriebe und ein Planetengetriebe, das die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element, vorzugsweise das Hohlrad, mit wenigstens einem Elektromotor und einem Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse verbunden ist. Das Antriebssystem umfasst eine Schalteinrichtung, die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes, vorzugsweise dem Hohlrad und dem Planetenträger, zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht. Die Schalteinrichtung weist eine zweite Schaltstellung auf, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes unterbrochen ist. Die Schalteinrichtung weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element, vorzugsweise dem Hohlrad, und einem festen Gehäuseteil besteht. An dem mit der Schalteinrichtung verbundenen Element, vorzugsweise dem Hohlrad, ist ein Rotor der Wirbelstrombremse angeordnet, der mit einem Stator zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil angeordnet ist. Der Wirbelstromretarder ist ebenso wie der Elektromotor von einer Steuerung ansteuerbar. Das Planetengetriebe ist an einer Abtriebswelle am Ausgang des Schaltgetriebes angeordnet. In einer Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung mit Neutralstellung. In einer anderen Ausgestaltung ist die Schalteinrichtung eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung mit Neutralstellung. In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Schalteinrichtung eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung. Vorteilhafterweise stellt das Planetengetriebe ein Gruppengetriebeteil des Schaltgetriebes dar.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt ein Schaltgetriebe 2 in einer 8-Gang- Variante. Eine Eingangswelle 4 ist koaxial zu einer Hauptwelle 6 eines Hauptgetriebeteils 22 angeordnet. Die Eingangswelle 4 wird direkt über eine Dämpfungseinrichtung 56 von einer Antriebsmaschine 58 angetrieben. Am Ende der Hauptwelle 6, die auch die Abtriebswelle eines Hauptgetriebeteils 22 ist, ist ein Sonnenrad 12 eines als Planetengetriebe 68 ausgebildeten Gruppengetriebeteils 10 vorgesehen. Das Sonnenrad 12 kämmt mit Planetenrädern 14, die auf einem Planetenträger 20 gelagert sind. Die Planetenräder 14 kämmen weiterhin mit einem Hohlrad 16, das über eine Schalteinrichtung 24 entweder in einer ersten Schaltstellung mit der Abtriebswelle 8 des Getriebes 2 oder in einer zweiten Schaltstellung mit einem Gehäuseteil 26 verbindbar ist. Eine dritte Schaltstellung stellt die offene Neutralstellung dar, in der keine Verbindung erzeugt ist. Die Abtriebswelle 8 ist mit dem Planetenträger 20 verbunden. Auf der Hauptwelle 6 sind weiterhin ein Rückwärtsgangzahnrad 28 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung 30 mit der Hauptwelle 6 drehfest verbindbar ist.
  • Auf der Hauptwelle 6 sind weiterhin ein Zahnrad 32 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung 34 mit der Hauptwelle 6 drehfest verbindbar ist. Ein weiteres Zahnrad 36 auf der Welle 6 ist ebenfalls über die Schalteinrichtung 34 mit der Welle 6 verbindbar. Das Zahnrad 36 kann auch über die Schalteinrichtung 38 im Splittergetriebeteil 40 mit der Eingangswelle 4 verbunden werden. Die Eingangswelle 4 trägt ein gegenüber der Eingangswelle frei drehbares Zahnrad 42, das mit einem Zahnrad 44 der Vorgelegewelle 46 des Hauptgetriebes 22 in Eingriff steht. An ihrem dem Hauptgetriebeteil 22 zugewandten axialen Ende trägt die Eingangswelle 4 die Schalteinrichtung 38, die es ermöglicht, die Eingangswelle 4 entweder mit dem genannten lose drehenden Zahnrad 42 oder mit dem auf der Hauptwelle 6 des Hauptgetriebeteils 22 frei drehbar angeordneten Zahnrad 36 zu einer Drehmomentübertragung drehfest zu verbinden. Die erste Zahnradpaarung mit dem losen Zahnrad 42 auf der Eingangswelle 4 und dem damit kämmenden Zahnrad 44 auf der Vorgelegewelle 46 wird auch häufig als erste Konstante oder Konstante I bezeichnet, während die zweite Zahnradpaarung, bestehend aus dem auf der Hauptwelle 6 angeordneten losen Zahnrad 36 und dem damit kämmenden Zahnrad 48 auf der Vorgelegewelle 46 als zweite Konstante oder Konstante II bezeichnet wird. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 38 wird entweder die Konstante I oder die Konstante II in die Drehmomentübertragung eingeschaltet. Ein weiteres Zahnrad 50 auf der Vorgelegewelle 46 kämmt mit dem Zahnrad 32 und ein Zahnrad 52 auf der Vorgelegewelle 46 kämmt mit einem Rückwärtsgangrad 54, das wiederum mit dem Zahnrad 28 kämmt. Auf einer mit der Schalteinrichtung 24 und dem Hohlrad 16 verbundenen Welle 60 ist der Rotor 62 einer Wirbelstrombremse 64 angeordnet, der mit einem an dem Gehäuseteil 26 befestigten Stator 66 zusammenwirkt. Die Wirbelstrombremse 56 dient auch einer verschleißfreien Bremsung des Fahrzeugs insbesondere auf langen Gefällstrecken. Auf der Welle 60 ist der Rotor 72 einen Elektromotor 70 angeordnet ist, dessen Stator 74 am Gehäuseteil 26 angeordnet ist. Der Elektromotor 70 kann die Wirbelstrombremse 64 beim Anfahren und Dauerbremsen durch einen generatorischen Betrieb unterstützen. Weiterhin kann der Elektromotor 70 im generatorischen Betrieb Lichtmaschinenfunktionen übernehmen, solange die Welle 60 nicht mit dem Gehäuseteil 26 gekoppelt ist. Die Welle 60 kann vom Elektromotor 70 auch mitbeschleunigt und mitabgebremst werden, um die Synchronisation in der Schalteinrichtung 24 zu unterstützen.
  • Beim Anfahren des Fahrzeugs wird von der Antriebsmaschine 58 Drehmoment über die Eingangswelle 4, die Vorgelegewelle 46 und einen Anfahrgang auf die Welle 6 und auf das Hohlrad 16 des Planetengetriebes 68 eingeleitet. Der Wirbelstromretarder 64 bremst die Welle 60 und damit das Hohlrad 16 und stützt damit das von der Antriebsmaschine eingeleitete Drehmoment gegen das Gehäuseteil 26 ab. Dadurch wird ermöglicht, dass sich das Drehmoment über die Planetenräder 14 und den Planetenträger 20 auf die Abtriebswelle 8 des Schaltgetriebes 2 überträgt. Die Schalteinrichtung 24 befindet sich in der neutralen Mittelstellung und im Schaltgetriebe 2 ist ein Anfahrgang geschaltet. Die Welle 60 wird bis auf den Nulldurchgang abgebremst und zu diesem Zeitpunkt wird unter Zurücknahme der Zugkraft der Antriebsmaschine 58 mit der Schalteinrichtung eine drehfeste Verbindung zum Gehäuseteil 26 geschlossen. Dadurch wird die Welle 60 blockiert und die Antriebsmaschine 58 treibt über das Planetengetriebe 68 die Abtriebswelle 8 und damit das Fahrzeug an. Die Abtriebsdrehzahl der Hauptwelle 6 wird durch die Übersetzung des Planetengetriebes 68 untersetzt. Nun können in dem Hauptgetriebeteil 22 und dem Splittergetriebeteil 40 alle verfügbaren Gänge geschaltet werden bis zum höchsten Gang entsprechend dieser Übersetzung im Planetengetriebe 68. Beim Schalten erfolgt eine Zugkraftunterbrechung bzw. eine Zugkraftrücknahme, damit kurzzeitig die Drehmomentlast vom Schaltgetriebe genommen wird und eine Synchronisierung den gewünschten Gang einlegen kann.
  • Sind alle Gänge in Hauptgetriebeteil 22 und Splittergetriebeteil 40 durchgeschaltet worden, so wird bei der Schaltung in den nächst höheren Gang das Gruppengetriebeteil 10 umgeschaltet. Dabei wird die Verbindung der Welle 60 mit dem Gehäuseteil 26 gelöst und die Welle 60 wird durch die Schalteinrichtung 24 mit der Abtriebswelle 8 bzw. dem Planetenträger 20 verbunden. Das Hauptgetriebeteil 22 befindet sich in einer Neutralstellung. Das Planetengetriebe 68 ist überbrückt und Hohlrad 16 und Planetenträger 20 laufen in einem Block um das Sonnenrad 12. Eine Untersetzung findet nicht mehr statt, sondern das Drehmoment wird direkt von der Hauptwelle 6 zur Abtriebswelle 8 übertragen. In dieser Schaltstellung der Schalteinrichtung 26 werden wieder alle Gänge von Hauptgetriebeteil 22 und Splittergetriebeteil 40 durchfahren.
  • Bei der Nutzung der Untersetzung des Planetengetriebes 68 entfällt die Dauerbremsfunktion des Wirbelstromretarders 64, weil die den Rotor 62 des Wirbelstromretarders 64 tragende Welle 60 gegen das Gehäuseteil 26 geblockt ist.
  • Durch die Bildung eines Gruppengetriebes können die Übersetzungen der Gänge im Schaltgetriebe 2 anders zusammengesetzt werden. In der verblockten Stellung des Planetengetriebes 68 mit direktem Durchtrieb wir die höchste Übersetzung erreicht, die die Gesamtübersetzung der Gesamtanordnung bestimmt. In der Untersetzungsstellung des Planetengetriebes 68 kann die kleinste Übersetzung zum Anfahren gewählt werden. Auf diese Weise wird aus dem Schaltgetriebe 2 mit Hauptgetriebeteil 22 und Splittergetriebeteil 40ein Gesamtgetriebe mit zusätzlichem Gruppengetriebeteil 10 mit elektrodynamischen Anfahrmöglichkeiten. Bezugszeichen 2 Schaltgetriebe
    4 Eingangswelle
    6 Hauptwelle
    8 Abtriebswelle
    10 Gruppengetriebeteil
    12 Sonnenrad
    14 Planetenrad
    16 Hohlrad
    20 Planetenträger
    22 Hauptgetriebeteil
    24 Schalteinrichtung
    26 Gehäuseteil
    28 Rückwärtsgangzahnrad
    30 Schalteinrichtung
    32 Zahnrad
    34 Schalteinrichtung
    36 Zahnrad
    38 Schalteinrichtung
    40 Splittergetriebeteil
    42 Zahnrad
    44 Zahnrad
    46 Vorgelegewelle
    48 Zahnrad
    50 Zahnrad
    52 Zahnrad
    54 Rückwärtsgangrad
    56 Dämpfungseinrichtung
    58 Antriebsmaschine
    60 Welle
    62 Rotor
    64 Wirbelstrombremse
    66 Stator
    68 Planetengetriebe
    70 Elektromotor
    72 Rotor
    74 Stator

Claims (7)

1. Elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Schaltgetriebe (2) und einem Planetengetriebe (68), das die drei Elemente Sonnenrad (12), Hohlrad (16) und Planetenträger (20) umfasst, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle (8) verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine (58) des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element (50) mit einem Elektromotor (70) und einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse (64) verbunden ist, und mit einer Schalteinrichtung (24), die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes (68) zur Überbrückung des Planetengetriebes (68) besteht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes (68) unterbrochen ist, und mit einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24) eine dritte Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element und einem festen Gehäuseteil (26) besteht, dass an dem mit der Schalteinrichtung (24) verbundenen Element (16, 60) ein Rotor (62) der Wirbelstrombremse (64) angeordnet ist, der mit einem Stator (66) zusammenwirkt, der an dem Gehäuseteil (26) angeordnet ist, und dass das Planetengetriebe (68) an einer Abtriebswelle (6) am Ausgang des Schaltgetriebes (2) angeordnet ist.
2. Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Schalteinrichtung (24) verbundene Element das Hohlrad (16) des Planetengetriebes (68) ist.
3. Elektrodynamisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bildung der direkten Drehmomentverbindung ohne Übersetzung zwischen der Abtriebswelle (6) des Schaltgetriebes (2) und der Abtriebswelle (8) des Planetengetriebes (68) drehfest verbundenen Elemente das Hohlrad (16) und der Planetenträger (20) des Planetengetriebes (68) sind.
4. Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24) eine zweiseitig wirkende Synchronisiereinrichtung mit Neutralstellung ist.
5. Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24) eine zweiseitig wirkende Klauenkupplung mit Neutralstellung ist.
6. Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (24) eine doppelseitig wirkende Lamellenkupplung mit Neutralstellung ist.
7. Elektrodynamisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (68) ein Gruppengetriebeteil (10) des Schaltgetriebes (2) darstellt.
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