DE102006058556A1

DE102006058556A1 - Anordnung von Sekundärantrieben, die in Wirkverbindung mit einer Kardanwelle stehen

Info

Publication number: DE102006058556A1
Application number: DE102006058556A
Authority: DE
Inventors: Erik Schneider; Andreas Werler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2008-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von mindestens zwei Sekundärantrieben (1), die in Wirkverbindung mit einer Kardanwelle (6) stehen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Ausgangswelle (2) des Sekundärantriebs (1) mit einem Planetenrad (3) verbindbar ist, wobei die Außenverzahnung des Planetenrads (3) mit einer Außenverzahnung eines Sonnenrads (4), welches fest mit der Kardanwelle (6) verbindbar ist, derart verbindbar ist, dass das Planetenrad (3) das Sonnenrad (4) antreibt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Sekundärantrieben, die in Wirkverbindung mit einer Kardanwelle stehen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus der DE 103 14 182 A1 ist eine Hybridantriebseinheit für ein Automobil mit Frontbrennkraftmaschine und Heckantrieb, mit einem ersten Motor, einem kraftverteilenden Planetengetriebe und einem zweiten Motor bekannt.
Der erste Motor ist koaxial um eine Eingangswelle angeordnet. Über das Planetengetriebe ist der erste Motor sowohl mit der Eingangswelle, mittels eines Trägers des Planetengetriebes, als auch mit einer Abtriebswelle, mittels eines Hohlrads des Planetengetriebes, verbunden. Über eine Kupplung ist die Abtriebswelle mit einer Kardanwelle verbunden. In einer Ausführungsform ist der erste Motor in dem Gehäuse angeordnet, der ansonsten für ein Automatikgetriebe vorgesehen ist.
In einer anderen Ausführungsform ist der zweite Motor mit einem Untersetzungsplanetengetriebe axial um eine zweiteilige Abtriebswelle angeordnet, wobei ein Teil der Abtriebswelle über eine Kupplung mit der Kardanwelle verbunden ist. Nur die Kardanwelle gleicht Höhenunterschiede, beispielsweise Schläge von Hinterrädern, aus.
Aufgabe des Kardans ist es, das Getriebe mit der Antriebsachse zu verbinden und dabei auftretende Höhenunterschiede und/oder Schwingungen zu kompensieren. Hierzu weist der Kardan eine Kardanwelle, die jeweils am Ende ein Kardangelenk hat, auf.
Bei einem Personenkraftwagen (PKW) ist die Kardanwelle derart ausgebildet, dass sich durch den Höhenunterschied die Länge der Kardanwelle ändert, beispielsweise mittels eines teleskopartigen Aufbaus.
Bei einem Nutzfahrzeug (NFZ), insbesondere einem Lastkraftwagen (LKW), ist die Kardanwelle starr, d. h. die Länge ist nicht variabel. Die Kompensation erfolgt dabei über Dämpfer. (Kardanwelle innerhalb des Rahmens angeordnet)
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mindestens zwei Sekundärantriebe als platzsparenden Nachrüstsatz/Bausatz zwischen einem Getriebe und einem Antrieb eines Nutzfahrzeuges anzuordnen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Anordnung der Sekundärantriebe koaxial um die Kardanwelle kein zusätzlicher Platzbedarf erforderlich ist, da der Freiraum direkt axial um die Kardanwelle genutzt wird.
Weiterhin kann der Sekundärantrieb als Bausatz oder Nachrüstsatz in Nutzfahrzeuge (Lastkraftwagen) unterschiedlicher Hersteller eingebaut werden. Aufgrund der ähnlichen äußeren Dimensionen der Kardanwellen bei Nutzfahrzeugen von unterschiedlichen Herstellern ist eine bestehende Kardanwelle nicht zu verändern, so dass beispielsweise ein Ergänzen oder Ersetzen von Zwischenwellen oder kürzeren Kardanwellen entfallen kann.
Da bei Nutzfahrzeugen (Lastkraftwagen) die Kardanwellen starr sind, ist der Einbau der Anordnung in jedem Bereich/Abschnitt der Kardanwelle ohne zusätzliche Vorkehrungen möglich.
Trotz unterschiedlicher Motormodelle und unterschiedlicher Getriebetypen ist der Bereich der Kardananbindung bei unterschiedlichen Herstellern und Fahrzeugtypen nahezu gleich ausgebildet, weshalb sich die erfindungsgemäße Anordnung der Sekundärantriebe in diesem Bereich als besonders günstig erweist, da mit einer Anwendbarkeit auf viele Modelle die Stückzahlen steigen und damit die Kosten der Einrichtung sinken. Ein hinsichtlich der Anwendung auf verschiedene Fahrzeugtypen optimierter Anbringungsort der Sekundärantriebe ist daher wünschenswert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Sekundärantrieb eine Expansionsmaschine mit axial angeordneten Kolben und einer Taumelscheibe. Die Dimensionierung der Expansionsmaschine hängt von der abzugebenden Leistung und vom Angebot an Abgasenergie ab. Da die Nutzfahrzeuge (Lastkraftwagen) einsatzbedingt ein leistungsstarkes Antriebsorgan aufweisen, ist sowohl das Abgasangebot, als auch die für eine wirksame Antriebsunterstützung geforderte Leistung hoch. Somit besteht eine Forderung nach einem leistungsstarken Sekundärantrieb. Eine Axialkolben-/Expansionsmaschine mit einer entsprechend großen Zylinderzahl oder mit großvolumig bemessenen Zylindern würde konstruktiv zu einer in ihrem Umfang groß dimensionierten Taumelscheibe führen. Hier ergibt sich der Nachteil deren Umfangsgeschwindigkeit, die zu einer hohen Belastung des Materials der Taumelscheibe führen würde. Weiterhin würde die Abmessung der einzelnen Expansionsmaschine aufgrund des großen Durchmessers der Taumelscheibe derart groß ausfallen, dass eine Anordnung in dem Freiraum um die Kardanwelle erschwert oder problematisch sein würde.
Daher werden mindestens zwei Expansionsmaschinen, vorteilhafterweise drei, eingesetzt. Diese Expansionsmaschinen haben kleinere Abmessungen im Vergleich zu einer großen und deren Anordnung kann optimaler in dem Freiraum um die Kardanwelle erfolgen, da sie um die Kardanwelle herum angeordnet werden. Die Verbindung der einzelnen Expansionsmaschinen untereinander erfolgt über ein Planetengetriebe, wobei das Hohlrad des Planetengetriebes lediglich zur Abstützung der Planetenräder dient.
Um die Sekundärantriebe und das Planetengetriebe gegen Verschmutzung oder sonstige äußere Einflüsse zu schützen, können diese in einem Gehäuse, welches beispielsweise mit dem Rahmen des Nutzfahrzeuges verbunden ist, angeordnet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Sekundärantrieb mittels eines Arbeitsmediums, wie beispielsweise Ethanol, Wasser, Ammoniak, Tetrafluorethan o.a., welches über einen Wärmetauscher aus Abgas erhitzt wird, antreibbar. Für den Betrieb des Sekundärantriebs ist kein zusätzlicher Energieeinsatz erforderlich, da das Arbeitsmedium durch das Abgas erhitzt wird. Der Sekundärantrieb kann somit in den Betriebspunkten aktiv sein, in denen zusätzliches Drehmoment erforderlich ist.
Zeichnungen
Es zeigen:
1: eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;
2: einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Anordnung;
3: einen Querschnitt der Anordnung.
In 1 ist eine prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, wobei die Größenverhältnisse der einzelnen Komponenten nicht maßstabsgetreu sind. Sekundärantriebe 1, beispielsweise Kolbenexpander, sind jeweils mit einer zugehörigen Ausgangswelle 2 mit einem Planetenrad 3 verbunden. Die Außenverzahnung des Planetenrads 3 steht in Eingriff mit der Außenverzahnung eines Sonnenrads 4, so dass das Planetenrad 3 das Sonnenrad 4 antreiben kann. Das Sonnenrad 4 ist mittels einer Verbindung 5 mit einer Kardanwelle 6 fest verbunden. Ferner besteht die Möglichkeit, zwischen der Verbindung 5 und der Kardanwelle 6 einen Freilauf anzuordnen. Die Anordnung kann an jeder Stelle entlang der Kardanwelle 6 angeordnet werden, die einen Freiraum aufweist, beispielsweise mittig oder am jeweiligen Ende der Kardanwelle 6.
Weiterhin steht die Außenverzahnung des Planetenrads 3 mit der Innenverzahnung eines Hohlrads 7 in Eingriff. Das Hohlrad 7 dient nur zur Fixierung der Planetenräder 3. Anstatt eines Hohlrads 7 kann die Fixierung des Planetenrads 3 in anderer Form erfolgen, beispielsweise über ein außenverzahntes Zahnrad, das an der Karosserie abgestützt ist.
Ein Primärantrieb 8, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, ist mittels eines Getriebes 9 mit der Kardanwelle 6 verbunden, die ein Heck 10 mit Rädern 11 antreibt. Eine Frontpartie 12 ist in der dargestellten Ausführungsform nicht mit der Kardanwelle 6 verbunden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist unabhängig vom Antriebskonzept (Front-, Heck- und Allradantrieb). Die Anordnung ist immer mit der Kardanwelle 6 direkt verbunden.
2 zeigt einen Querschnitt der Anordnung. Drei Planetenräder 3 sind um jeweils einen Winkel α von 120° versetzt um die Kardanwelle 6 angeordnet.
Ein Wärmetauscher 13 erhitzt ein Arbeitsmedium, welches in Richtung des Pfeils A strömt, mittels Abgas, welches in Richtung des Pfeils B strömt. Das erhitzte Arbeitsmedium strömt zu jedem Sekundärantrieb 1 über einen Einlass in Richtung des Pfeils C und treibt die Kolben 14 an. Die Kolben 14 sind auf einer Taumelscheibe 15 angeordnet, so dass durch die translatorische Bewegung der Kolben 14 die Taumelscheibe 15 rotatorisch bewegt wird. Über einen Auslass strömt das Arbeitsmedium wieder über einen nicht dargestellten Kondensator und eine nicht dargestellte Pumpe zu dem Wärmetauscher 13, so dass ein geschlossenes thermodynamisches System für das Arbeitsmedium vorliegt. Jeder Kolben 14 hat einen eigenen Ein- und Auslass für das Arbeitsmedium, was jedoch in 1 wegen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die Axialkolben-/Expansionsmaschine wird unter thermodynamischen Gesichtspunkten effektiv betrieben, wenn das Arbeitsmedium zwischen den Zuständen flüssig und gasförmig alterniert.
Die Taumelscheibe 15 ist wiederum mit der Ausgangswelle 2 verbunden, so dass durch die rotatorische Bewegung der Ausgangswelle 2 das Planetenrad 3 angetrieben wird. Die geometrische Auslegung der Taumelscheibe 15 steht in Relation zu deren Umfangsgeschwindigkeit. Die Anzahl der Sekundärantriebe 1 mit jeweils einer Taumelscheibe 15, der Durchmesser der einzelnen Taumelscheibe 15 und das Übersetzungsverhältnis zwischen Planetenrad 3 und Sonnenrad 4 ist vom Drehmoment oder dem Drehmomentbereich des Nutzfahrzeuges abhängig.
1 und 3 zeigen, dass jeder Sekundärantrieb 1 an einem Rahmen 16 des Fahrzeugs mittels einer Verbindung 17 angeordnet ist. Die Verbindung 17 kann ebenfalls an einem Gehäuse 18 angeordnet sein. Das Gehäuse 18 dient zum Schutz der Anordnung. Das Gehäuse 18 ist mit dem Rahmen 16 verbunden.
Die Anordnung kann als Bausatz oder Nachrüstsatz, insbesondere bei Nutzfahrzeugen von unterschiedlichen Herstellern eingesetzt werden.
Der Sekundärantrieb 1 kann zudem als Elektromotor oder Hydraulikmotor ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich für sämtliche Fahrzeug-, Eisenbahn- und Schiffsantriebe, bei denen hohe Momente auf eine Kardan-, Propeller- oder Abtriebswelle aufgebracht werden.

1: Sekundärantrieb
2: Ausgangswelle
3: Planetenrad
4: Sonnenrad
5: Verbindung
6: Kardanwelle
7: Hohlrad
8: Primärantrieb
9: Getriebe
10: Heck
11: Rad
12: Frontpartie
13: Wärmetauscher
14: Kolben
15: Taumelscheibe
16: Rahmen
17: Verbindung
18: Gehäuse
A: Pfeil
B: Pfeil
C: Pfeil
α: Winkel

Claims

Anordnung von mindestens zwei Sekundärantrieben (1), die in Wirkverbindung mit einer Kardanwelle (6) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangswelle (2) des Sekundärantriebs (1) mit einem Planetenrad (3) verbindbar ist, wobei eine Außenverzahnung des Planetenrads (3) mit einer Außenverzahnung eines Sonnenrads (4), welches fest mit der Kardanwelle (6) verbindbar ist, derart verbindbar ist, dass das Planetenrad (3) das Sonnenrad (4) antreibt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärantrieb (1) eine Expansionsmaschine mit axial angeordneten Kolben (14) und einer Taumelscheibe (15) ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärantrieb (1) mit der Kardanwelle (6) eines Nutzfahrzeugs verbindbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung des Planetenrads (3) mit einer Innenverzahnung eines Hohlrads (7) derart verbindbar ist, dass das Hohlrad (7) das Planetenrad (3) fixiert.