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DE2441583A1 - Antriebsaggregat - Google Patents

Antriebsaggregat

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Publication number
DE2441583A1
DE2441583A1 DE2441583A DE2441583A DE2441583A1 DE 2441583 A1 DE2441583 A1 DE 2441583A1 DE 2441583 A DE2441583 A DE 2441583A DE 2441583 A DE2441583 A DE 2441583A DE 2441583 A1 DE2441583 A1 DE 2441583A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flywheel
ring gear
electric machine
clutch
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE2441583A
Other languages
English (en)
Inventor
Helmut Koerner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE2436546A external-priority patent/DE2436546A1/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE2441583A priority Critical patent/DE2441583A1/de
Publication of DE2441583A1 publication Critical patent/DE2441583A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

  • Antriebsaggregat Gegenstand der erfindung ist ein Antriebsaggregat, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge aller Art, mit einem drehzahlsteuerbaren Primärmotor, zwei mit diesem durch ein Planetengetriebe zusammenarbeitenden, als Generator und als Motor wechselweise ein- und umstellbaren Elektromaschinen sowie mit einem Schwungrad als Saergiespeicher, das mit einer der beiden Elektromaschinen zusammenwirkt. Dabei wird diese Elektromaschine als Generator mit durch den Primärmotor mit einem damit verbundenen Planetenträger über die an einem Sonnenrad umlaufenden Planetenräder dieses Trägers und über ein weiteres Sonnenrad zu diesen Rädern angetrieben, das mittels einer schaltbaren Kupplung - vorzugsweise eine selbsttätig schaltende lMerhol- und Freilaufkupplung - wirkt. Außerdem ist dabei zwischen zwei der drei rotierenden Glieder des Planetengetriebes eine Schaltkupplung angeordnet, die im Einschaltzustand beide Glieder drehfest so miteinander verbindet, daß eine Leistungsübertragung aus dem Primärmotor auf direktem Wege in die ab treibende velle des Aggregates erfolgt, die in Antriebsverbindung mit der anderen Elektromaschine steht. Sin solches Antriebsaggregat ist bereits in der Patentanmeldung P 24 36 546.6 beschrieben, demgegeniiber dieses Antriebäaggregat durch eine weitere Ausgestaltung noch einen wesentlichen Vorteil bietet.
  • Dieser Vorteil besteht darin, daß das Schwungrad als Energiespeicher dieses Antriebsaggregates über die Gesamtbetriebszeit. des Aggregates mit einer viel höheren mittleren Drehzahl umläuft und so einen besonders großen Durchsatz und Vorrat von Speicherenergie ermöglicht. Bekanntlich vergrößert sich-der Betrag der Speicherenergie quadratisch mit der Drehzahl des 6chwungrades. Dabei wird das Schlaungrad in allen Fahrzuständen - auch beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit - auf eine wirtschaftliche hohe Drehzahl durch einen geringen Betrag von Überschußenergie aus dem Primärmotor beim Betrieb unter jPeillast gehalten, so-daß jederzeit für. den Bedarfsfall ein großer Betrag von Speicherenergie für den Fahrzeugantrieb zusätzlich zur Verfügung steht. Diese Gegebenheit ermöglicht es, bei unverändert guter Beschleunigungsfähigkeit für das Kraftfahrzeug mit einem noch schwächeren Antriebsmotor auszukommen, was zugunsten einer besonders ausgeprägten wirtschaftlichkeit und tJmweltfreundlichkeit dieses Antriebsaggregates zu einer weiteren Verringerung des Kraftstoffverbrauches und des Schadstoffausstoßes verhilft.
  • Nach der brtindun, wird dies dadurch erreicht, daß die beiden f ktromaschinen ein gemeinsames Steuerorgan aufweisen, das so eingestellt ist, daß im Einschaltzustand der Schaltkupplung im Planetengetriebe zur direkten Leistungsübertragung aus dem Primärmotor in die abtreibende Welle des Aggregates die dieser :*elle zugeordnete Elektromaschine als Generator mit geringer Leistung arbeitet, während die andere Elektromaschine mit dem Strom aus dieser «¢aschine als rotor zum ständigen Halten einer hohen Speicher-Drehzahl des zugehörigen Schwungrades arbeitet, ohne daß sonst die Einstellbarkeit beider Blektromaschinen gleicbzeitig auf Nulldurchsatz von Leistung sowie auf jeweils ein bestimmtes Maximum von Leistung in beiden Durchsatzrichtungen beeinträchtigt ist. Dabei ist das Steuerorgan mit dem Linschalten der Schaltkupplung zusamen mit dem steuerorgan des Primä.rmotors kurzzeitig gegebenenfalls auch auf verstärkte Leistung zum elektrischen hochfahren des Schwungrades auf eine bestimmte obere Drehzahl durch sinngemaBen Zusammenschluß der dafür vorgesehenen Schalt- und Steuermittel des Aggregates einstellbar.
  • Die Zeichnung gibt ein Antriebsaggregat nach der Erfindung für ein Kraftfahrzeug schematisch wieder und liegt der folgenden näheren Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels zugrunde, die auch noch auf weitere dem Auf"abenzweck dienende Ausgestaltungen eineht.
  • Der drehzahlsteuerbare Prim-irmotor 1 arbeitet mit zwei als Generator und als Motor wechselweise ein- und umstellbaren Blektromaschinen 2, 3 durch ein Planetengetriebe zusammen. Die zwischen diesem Getriebe und dem Primärmotor 1 angeordnete Elektromaschine 2 wirkt dabei mit einem Schwungrad 4 als dem Energie speicher dieses Aggregates zusammen und wird als Generator mit durch den Primärmotor 1 über das Planetengetriebe angetrieben. Die andere Elektromaschine 3 steht in direkter Antriebsverbindung mit der abtreibenden Welle 5 des Aggregates, aus der sich die gesamte Antriebsleistung durch ein Differentialgetriebe 6 auf die beiden Triebräder 7 des Kraftfahrzeuges verteilt.
  • Der Antrieb des Schwungrades 4 und der damit verbundenen Elektromaschine 2 zunächst mit durch den Primärmotor 1 erfolgt mit einem mit diesen rotor verbundenen Planetenträger 8 über die an einem Hohlrad 9 umlaufenden Planetenräder 10 dieses Trägers und über ein Zentralrad 11 zu diesen Rädern. Dieses Zentralrad 11 überträgt dabei sein Drehnoment auf die zugehörige Elektromaschine 2 durch eine selbsttätig schaltende Xiberhol- und Freilaufkupplung 12, die detn Zentralrad 11 eingebaut ist. Zwischen dem Planetentr:-iger 8 und der abtreibenden Welle 5 des Antriebsaggregates ist eine Schaltkupplung 13 angeordnet, die im Einschaltzustand beide Teile drehfest so miteinander verbindet, daß eine Leistun:sübertragun aus dem Primärmotor 1 auf direktem Wege in die ab treibende Welle 5 erfolgt. In diesem Betriebszustand, der in dem größten Teil des GO samtescwindigkeitsbereiches des Fahrzeuges sowie ihren der weitaus längsten Dauer seiner Gesamtbetriebszeit bestehen kann, hat das Antriebsaggre;at seinen Bestwert von Übertragungswinkungsgrad mit nahezu 100 , weil bei der Leitstngsübertragung hierbei weder elektrische noch mechanische Verluste - wie durch ein Zahnradwälzen - in Erscheinung treten. Schalt- und Zustellmittel beliebiger rt können diese Schaltkupplung 13 in Abhängigkeit von der Größe des Fahrwiderstandes automatisch betätigen, wobei auch die Schaltkupplung 13 jede geeignete Bauform haben kann.
  • ebenfalls durch Schalt- und Zustellmittel beliebiger Art ist das Hohlrad 9 des Planetengetriebes auf drei Wirkungsstellungen einzustellen, mit einer Endstellung, in der es reibschlüssig an einem gehausefesten Teil 14 gegen Verdrehung gesichert ist, mit einer Mittelstellung ohne Verbindung mit einem anderen Teil als mit den Planetenridern 10 unter widerstandslosem Umlauf mit diesen Rädern und mit einer anderen Endstellung, in der es reibschlüssig in Xntriebsverbindung mit der abtribenden Welle 5 des Antriebsaggregates kommt und damit zugleich die Schaltkupplung 13 zwischen dem Planetenträger 8 und der abtreibenden Welle 5 ausschaltet. Auch für diese Verbindung können Kupplungselemente 15 verschiedener Bauformen an der abtreibenden Welle 5 und am Hohlrad 9 zum Einsatz kommen, an der abtreibenden Welle 5 etwa in Gestalt einer axial unter wirkung von Anpreßfedern stehenden Scheibe mit kegeliger Reibfläche. Diese Scheibe steht durch die Federn zunächst in iNitnahmeverbindung mit dem Planetenträger 8 und wird dann mit Zustellung des Hohlrades 9 von diesem Trager durch das Hohlrad zur LeistunzrsauSnahme allein aus diesem ad abgehoben.
  • iFir die beiden Elektromaschinen 2, 3 ist ein Steuerorgan 16 vorgesehen, das auger einer Einstellung eines Sulldurchßatzes von Leistung gleichzeitig für beide Maschinen unter widerstandslosem mitlauf dieser Maschinen mit den angeschlossenen Getriebeteilen einen der Größe nach stufenlos einstellbaren Leistungsdurchsatz bis zu einem bestimmten Maximum in beiden Durchsatzrichtungen ermöglicht. Das bedeutet für den Antriebszustand des Aggregates unter Inanspruchnahme der beiden Elektromaschinen 2, 3, wie es zunächst immer der Fall ist beim Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich und beim Befahren starker ansteigender Strecken, daß die Elektromaschine 2 mit dem Schwungrad 4 als Generator arbeitet, während die der abtreibenden Welle 5 zugeordnete Elektromaschine 3 als Hilfsmotor mit dem Strom aus der anderen Elektromaschine 2 arbeitet. In seiner Eigenschaft als Energiespeicher braucht das Schwungrad 4 zur Abgabe von Speicherenergie in diesen Pahrzustanden nicht zur wirkung zu kommen. Die Höhe der Drehzahl der als Generator wirkenden Elektromaschine 2 und damit die Stärke des durch diese Maschine erzeugten Stromes paßt sich in Abhangigkeit von der kinstellung des Primarmotors 1 den wechselnden Fahrwiderständen in den beiden genannten Fahrzuständen selbsttatig an. Ein wesentlicher Teil der Leistung aus dem Primärmotor 1 fließt über die Planetenräder 10 und das in diesen Fahrzuständen mit der abtreibenden Welle 5 stets drehfest verbundene Hohlrad 9 direkt in diese Welle, so daß dieses Antriebsaggregat auch unter Inanspruchnahme der beiden Elektromaschinen 2, 3 einen ausreichend guten Ubertragungswirkungßgrad hat.
  • Die stufenlose Einstellbarkeit der beiden Elektromaschinen 2, 3 an ihrem gemeinsamen Steuerorgan 16 ermöglicht in Verbindung mit einer Reihenschlußcharakteristik ein Befahren ansteigender und dazu langer Fahrstrecken ebenso wie ein Fahren im Schleichgang und ein kräftiges Beschleunigen aus dem Stand heraus. Sofern das Schwungrad 4 mit der Elektromaschine 2 durch einen vorangegangenen Energiespeichervorgang schon eine genügend hohe Drehzahl hat, kann bei dieser Hohlrad-Einstellung sogar ein besonders rasantes Beschleunigen des Fahrzeuges durch Freisetzung der gespeicherten kinetischen Energie über die beiden ilektromaschinen 2, 3 erreicht werden. Das Hohlrad 9 ist in seine drehfeste Verbindung mit der abtreibenden Welle 5 unter Abtrennung des Planetenträgers 8 von dieser Welle mit einem gesondert zu betätigenden Schaltmittel zu schalten, das für diese für das Anfahren und das Steigungsfahren stets geltende zinstellung des Hohlrades 9 vorzugsweise mit durch den Anlaßschalter für den Primärmotor 1 betatiDt wird.
  • Hat das Kraftfahrzeu die rewiinschte Endgeschwindigkeit erreicht, so ist zur Aufrechterhaltung dieser Geschwindigkeit erfahrungsgemäß zumeist nur noch ein kleiner eil der installierten Antriebsleistung erforderlich; sogar beim Fahren mit hoher Gescbwindikeit wird diese Leistung oft nicht voll in Anspruch genommen. är diese Eahrzustande ist ein Schaltmittel vorgesehen, das in Abhångi,keit von der Große des Fahrwiderstandes ein Feststellen des Hohlrades 9 an dem gehäusefesten eil 14 selbsttätig dann bewirkt, wenn der Fahwiderstand auf einen bestimmten unteren ert abgesunken ist, wobei dieses Schaltmittel vorzugsweise abhängig von den zinstellungen des Steuerorgans 17 für den Primärmotor 1 und durch einen Tachogenerator o.dgl. abhangig von der Drehzahl der abtreibenden elle 5 wirkt. Dieser Tachogenerator stellt sicher, daß das Umschalten des Hohlrades 9 und damit eine alleinige und direkte Leistungsübertragung vom Primärmotor 1 in die abtreibende Welle 5 nicht schon beim Fahren mit einer geringen Geschwindigkeit erfolgt.
  • Die Steuerorgane 16, 17 für die beiden Elektromaschinen 2, 3 und den Primärmotor 1 bilden eine Kombination, die bei ihrer Betätigung durch ein einziges Betätigungsmittel aus dem Ruhezustand heraus für den Antrieb zunächst die Leistung und Drehzahl des Primarmotors 1 voll aussteuert, bevor sie die beiden tIektromaschinen 2, 3 aus dem Zustand des Leistung-Nulldurchsatzes heraus verstellt.
  • Durch ein zusätzliches Betätigungsmittel können die beiden Elektromaschinen 2, 3 für ein Fahren mit sehr geringer Geschwindigkeit bei herabgesetzter Drehzahl des Primärmotors 1 aber auch allein über ihr Steuerorgan 16 beeinflußt werden, wobei in diesem Fahrzustand aber - wie schon dargelegt - das Hohlrad 9 der abtreienden Welle 5 angekuppelt ist.
  • Nach dem selbsttätig erfolgten Feststellen des Hohlrades 9 an dem genäusefesten Teil 14 im Teillastzustand des Aggregates fließt die Leistung aus den Primärmotor 1 durch den in diesem Zustand der abtreibenden elle 5 automatisch angekuppelten Planetenträger 8 auf direktem Wege in diese Welle. Auch in diesem im überwiegenden Teil des gesamten Geschwindigkeitsbereiches und über verhältnismäßig große Zeiträume auftreitenden Betriebzustand des t^regates mit dem dabei bestehenden besonders guten ibertragungswirkungsgrad können durch die Einstellbarkeit des Primärmotors 1 beschränkte Fahrzeugbeschleunigungen mit diesen Motor allein noch ebenso vorgenommen werden wie dabei auch noch mäßig ansteigende Fahrstrecken durch den Primermotor 1 in direkter Leistungsübertagung allein bewältigt werden. Das Steuerorgan Ib der beiden Elektromaschinen ;2, 3 ist so eing,esellt, daß in diesem Zustand die der abtreibenden welle 5 zugeordnete Elektromaschine 3 mit einem kleinen Betrag von Überschußleistung des Primärmotors 1 als Generator mit geringer Leistung arbeitet, während die andere Elektromar,chine 2 mi t dem strom aus dieser Maschine 3 als Mo tor zum ständigen Halten einer hohen Speicher-Drehzahl des zugehörigen Schwungrades 4 arbeitet und so die unvermeidbaren geringen Reibungsverluste in den Lagern und durch Luftreibung ausgleicht. Die Freilaufkupplung 12 in dem Zentralrad 11 macht die Drehzahl des Schwungrades 4 mit der Elektromaschine 2 unabhängig von der Jewelligen Drehzahl des Zentralrades 11 und des Primärmotors 1.
  • Durch eine sehr gute Kapseln, und Lagerung des Schwungrades 4 sind die Reibungsverluste so niedrig gehalten, daß selbst ein wiederholtes gelegentliches Abfallen der Drehzahl des Primärmotors 1 kaum neue Beschleunigungen des Schwungrades 4 mit der Elektromaschine 2 nach sich zieht.
  • Die wesentliche Bedeutung der Feststellung des Hohlrades 9 beim Fahren im Teilastzustand des Aggregates besteht darin, daß bei unveränderter Drehzahl des Primärmotors 1 mit dem reibschlüssigen Feststellen des hohlrades 9 die Drehzahl des Lentralrades Ii und damit die des Schwungrades 4 mit der angeschlossenen Blektromaschine 2 durch den Antrieb über die an dem stillstehenden Hohlrad 9 umlaufenden Planetenräder 10 relativ schnell und stark zunimmt.
  • Dies ist eine ergänzende Maßnahme dazu, durch die besondere ß stellung des Steuerorgans 16 der Elektromaschinen 2, 3 das Schwungrad 4 zu einer großen Kapazität von Energie ständig auf eine hohe Drehzahl durch geringe Überschußleistung zu halten. Ein möglichst schnelles Hochfahren des Scheangrades 4 nach voran,egangenem Verbruch von Speicherenergie auf diese Drehzahl ist erforderlich, damit ein plötzlicher neuer bedarf an Speicherenergie sofort wieder gedekt werden kann. Grundsitzlich ist; ein solches schnelles Hochfahren aber auch mit Hilfe entsprechend stark einestellter Elektromaschinen 2, 3 möglich, wenn der Primärmotor 1 dabei zum ausgleich einer sonst unter Umständen auftretenden unerwünscht st;rken Bremswirkung am Fahrzeug mit auf Abgabe seines maximalen Drehmomentes eingestellt wird. Bei dieser Lösung ist eine Umschaltbarkeit des Hohlrades 9 insbesondere zu einer Feststellung nicht erforderlich; das Hohlrad 9 kann hierbei baulich ständig fest mit der abtreibenden Welle 5 des Aggregates verbunden sein. Ein Schaltmittel bewirkt auch bei dieser Lösung in Abhingigkeit von der Größe des Fahrwiderstandes ein Einschalten der Schaltkupplung 13 im Planetengetriebe selbsttätig dann, wenn der Fahrwiderstand auf einen bestimmten unteren Wert abgesunken ist, wobei auch hierbei das schaltmittel vorzugsweise abhängig von den Einstellungen des Steuerorgans 17 für den Primärmotor 1 und durch einen Tachogenerator o.dl. abhängig von der Drehzahl der abtreibenden Welle 5 wirkt.
  • Dieses Schaltmittel kann außerdem durch einen weiteren Tachogenerator o.dgl. abhängig von der Drehzahl des Schwungrades 4 mit der zugehörigen Elektromaschine 2 die Steuerorgane 16, 17 des Primärmotors 1 und der Elektromaschinen 2 so beeinflussen, daß diese Aggregatteile noch auf verstärkten I£eistungsdurchsatz tait der dem Antrieb des Schwungrades 4 entsprechenden Durchsatzrichtung der Elektromaschinen solange eingestellt bleiben, bis das Schwungrad 4 seine bestimmte obere Speicher-Drehzahl erreicht hat.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Konstruktion mit umschaltbarem Hohlrad 9 kann darin bestehen, daß für die Feststellung des Hohlrades 9 an dem gehäusedfesten :£eil 14 außer einer durch Reibschluß wirkenden Vorrichtung mit Reibelementen beliebiger Bauform eine verschleißlos wirkende Bremse vorgesehen ist, wie etwa eine hydrodynamische Flüssigkeitsbremse oder eine Wirbelstrombremse. Diese Bremse ist so geschaltet, daß sie bei entsprechender Schaltung des Hohlrades 9 zuerst die Hohlrad-Drehzahl vermindert, bevor das HohS rad 9 durch die reibschlüssig wirkende Vorrichtung an dem gehäusefesten Teil 14 festgestellt wird, wobei diese Bremse eine freie itotation des danach umgeschalteten Hohlrades nicht behindert. Eine solche konstruktive Ausgestaltung empfiehlt sich besonders für groß bemessene Aggregate für den Antrieb von schweren und schnellen Kraftfahrzeugen, in denen das Hohlrad ein größeres Schwungmoment hat. in Hochfahren des Schwungrades 4 der gezeichneten Aggregatbauform auf eine hohe Speicher-Drehzahl ist auch schon möglich, wenn sich das Fahrzeug unter Festbremsung noch im Stand befindet, wobei es nicht hinderlich ist, daß das Hohlrad 9 in diesem Zustand der abtreibenden Welle 5 drehfest angekuppelt ist.
  • Tritt beim Fahren unter Teillast an dem Antriebsaggregat ein erhöhter Leistungsbedarf auf, wie etwa zum beschleunigten Oberholen eines anderen Fahrzeuges, so kommen die Elektromaschinen 2, 3 durch entsprechende Betätigung ihres Steuerorgans 16 mit zum Einsatz, wobei Jetzt die angesammelte Speicherenergie des Schwungrades 4 aktiviert wird. Das Steuerorgan 16 ist dafür so mit dem Schaltmittel für das Hohlrad 9 verbunden, daß es bei Jedem Einstellen dieser Maschinen 2, 3 auf einen bestimmten größeren Leistungsdurchsatz für den verstärkten Antrieb des Fahrzeuges ein Umschalten des Hohlrades 9 aus seiner Verbindung mit dem gehäusefesten Teil 14 in seine lastfrei FAittelstellung selbsttätig mit bewirkt. In diesem Zustand kann das mit hoher Drehzahl rotierende Schwungrad 4 seinen großen Betrag von Speicherenergie über die Elektromaschinen 2, 3 ganz abgeben, ohne daß seine sich dabei verlangsamende Rotation auf die übrigen leistungübertragenden Aggregat teile durch das Zentralrad 11 übertragen wird, der freien Beweglichkeit des Hohlrades zufolge. Trotz allmählicher Abnahme der Drehzahl des Schwungrades 4 mit der Je nach Einstellung mehr oder weniger stark als Generator wirkenden Elektromaschine 2 kann sich somit die Geschwindigkeit des Fahrzeuges erheblich steigern. Bei Einstellung der beiden Blektromaschinen 2, 3 wie im "kick down" auf maximalen Leistungsdurchsat bewirkt dieser zusätzlich zu der durchfließenden Antrieb leistung des Primärmotors 1 gegebene Ieistungsdurchsatz sogar eine besonders kräftige Fahrzeugbeschleunigung ohne Unterbrechungen im Leistungsfluß durch Schaltvorgänge. Ist der erhöhte Leistungsbedarf beendet, so erfolgt in der anegebenen Weise selbsttätig sofort wieder ein Feststellen des Hohlrades 9 zur schnellen Aufladung des Schwungrades 4 mit neuer Speicherenergie aus dem nicht voll beanspruchten Primärmotor 1, sofern die neue Geschwindigkeit des Fahrzeuges sich nicht noch in dem unteren Bereich bewegt, in dem das Hohlrad 9 der abtreibenden Welle 5 angekuppelt ist.
  • eine besondere Ausgestaltung weist noch die Verbindung zwischen dem ochwunDrad 4 und der zugehörigen Blektronaschine 2 auf. Im Prinzip besteht diese Ausgestaltung darin, daß dem Schwungrad 4 und dieser Elektromaschine 2 eine Schaltkupplung oder eine andere in Abhangigkeit von der Drehrichtung, der Drehzahl oder/und dem Drehmoment selbsttitig einen bestimmten Schlupf der Elektromaschine 2 dem Schwungrad 4 gegenüber zulassende Kupplun) so zwischengeschaltet ist, daß sie einen Antrieb der Elektromaschine 2 über das Zentralrad 11 ermöglicht, onne daG ein wesentlisher eil der Leistung aus dem Zentralrad 11 in das Schwungrad 4 fließt. Bei detn vorliegenden Beispiel ist dafür eine Fliehkraftkupplung 18 vorgesehen, an deren Stelle aber auch etwa eine dreh-eomentberenzende Rutschkupplung in -verbindung mit einer selbsttätig schaltenden dberhol- und Preilaufkupplung eingesetzt sein kann. Durch diese Konstruktion wird ein notwendiges plötzliches Anfahren des Fahrzeu,es aus dem Stand heraus unter vollem einsatz der Elektromascninen 2, 3 zu einem starken deschleunien nicht durch die Massenträgheit eines noch zu beschleunigenden Schwungrades 4 beeinträchtigt. Durch Fliehgewichte 19 mit Reibflachen, die stch im eingriff mit; der Wabe des Schwungrades 4 befinden, wirkt diese Fliehkraftkupplung 18 dabei so, daß eine voll belastbare Mitnahme-Verbindung zwischen dem Schwungrad 4 und der Llektromaschine 2 erst dann selbsttitig gegeben ist, wenn das Schwungrad 4 durch seinen wachsenden Reibschluß mit der zelle der Blektromaschine 2 eine bestimmte Drehzahl erreicht hat.
  • Zwischen dem Planetengetriebe und der seiner abtreibenden felle 5 zugeordneten Elektromaschine 3 ist noch eine selbsttätig schaltende Oberhol- und Freilaufkupplung 20 angeordnet. Zum Unterschied gegenüber der Freilaufkupplung 12 in dem Zentralrad 11 des Planetengetriebes hat diese Freilaufkupplung 20 die wesentliche Bedeutung, einen kraftstoffsparenden Freilauf des Fahrzeuges über längere Fahrstrecken bei einem mit abfallender Drehzahl laufenden oder auf Leerlauf eingestellten Primärmotor 1 im Zustand der direkten drehfesten Verbindung zwischen dem Planetenträger 8 und der abtreibenden zelle 5 zu ermölichen. bin schieben des Primärmotors 1 durch das Fahrzeug tritt hierbei somit nicht n-iif. aus diesem freien wollen heraus kann das Fahrzeug mit hilfe der der abtreibenden elle 5 zugeordneten Elektromaschine 3 jederzeit und sofort abgebremst oder wieder beschleunigt werden. Der ireilaufbetrieb mit diesem Antriebsaggregat bringt ebenfalls erhebliche Vorteile hinsichtlich der Geringhaltung des Kraftstoffverbrauches und des Schadstoffausstoßes mit sich. Messungen haben ergeben, daß ein solcher Betrieb im Stadtverkehr etwa 50 % und auf Landstraßen etwa 20 J der Gesamtstrecke ausmacht. Mit gleicher Wirkun Itann die Freilaufkupplung auch zwischen dem iim5rnoor 1 und dem Planetentrüger 8 angeordnet sein. Die Freilaufkupplung 20 vermeidet auch eine unerwünschte Bremswirkung am Fahrzeug bei einem schnellen Hochfahren des Schwungraden 4 nach vorangegangenem größeren Energieverbrauch, sofern das Hohlrad 9 zu plßtzlich zur Feststellung an dem gehäusefesten Teil 14 kommt.
  • Das Abbremsen des Kraftfahrzeuges mit Speicherung der kinetischen Energie aus dem Fahrzeug in das Schwungrad 4 zur spiteren Nutzung erfolgt im Zustand der drehfesten Verbindung des Hohlrades 9 mit der abtreibenden Welle 5 unter Abtrennung des Planetenträgers 8 von dieser Welle. Dafür ist das Schaltmittel für das Hohlrad 9 mit dem Steuerorgan 16 der Elektromaschinen 2, 3 sinngemäß verbunden. Der Leistungsdurchsatz durch diese Maschinen klat bei diesem Vorgang gegenüber dem bei einer Fahrzeugbeschleunigung die Richtung gewechselt, so daß die der abtreibenden Welle 5 zugeord nete Elektromaschine 3 stufenlos einstellbar für ein verschieden starkes Abbremsen nunmehr als Generator arbeitet, während die andere Elektromaschine 2 mit dem Strom aus der abbreasenden Elektromaschine 3 als Motor arbeitet und dabei das Schwungrad 4 auf eine der Stärke des Abbremsens entsprechende höhere Speicher-Drehzahl bringt. nch hierbei gewährleistet die Freilaufkupplung 12 iffl Zentralrad 11, daß dieser Voran nicht durch die mit anderen Drehzahlen rotierenden Aggregatteile beeinträchtigt wird. Dank der Freilaufkupplung 20 vor der abbremsenden Elektromaschine 3 gehtkeine Energie aus dem Fahrzeug beim Abbremsen infolge eines Schiebens des Primärmotors 1 durch das Fahrzeug für die Speicherung verloren.
  • Beim Paaren im Rückwärtsgang mit stufenlos einstellbarer Geschwindigkeit ipt das Hohlrad 9 der abtreibenden zelle 5 angekuppelt, die Verbindung zwischen dem Planetenträger 8 und dieser 'elle somit unterbrochen; der Antrieb erfolgt allein durch die beiden Elektromaschinen 2, 3. Die als Generator arbeitende Blektromaschine 2 wird dabei iiber die Planetenräder 10 durch den Primärmotor 1 angetri.eben, während die der abtreibenden elle 5 zugeordnete Elektromaschine 3 umgepolt als Motor arbeitet. Das Reihenschlußverhalten dieser maschine 3 verhilft auch in diesem Fahrzustand dazu, starke Fahrwiderstände zu überwinden.
  • Die Grundkonstruktion dieses Antriebsaggregates gestattet noch verschiedene Abwandlungen und weitere Ausgestaltungen. Die mit lt;icksicht auf die vorkommenden hohen Drehzahlen in dem Planetengetriebe angebrachte Schrägverzahnung fiir alle Zahnräder kann zwar so ausgelegt werden, daß keine Behinderung für die axiale Bewegung eines umschaltbaren Hohlrades auftritt Es sind aber auch doppeltverzahnte Planetenräder einsetzbar, die mit verschiedenen Verzahnutzen mit dem Hohlrad und dem Zentralrad im Eingriff stehen, wobei sie dem Hohlrad gegenüber geradverzahnt und dem Zentralrad gegenüber schrägverzahnt sein können, gegebenenfalls auch noch mit verschieden großen ;;alzkreisen. Bei einer anderen Ausführungsform mit umschaltbarem Hohlrad kann die axiale Zustellung auch durch die nit dem Hohlrad zu verbindenden eile erfolgen, wobei dann das Hohlrad axial unverschiebbar gelagert ist. Es ist auch eine Konstruktion mit einem gesonderten umschaltbaren Hohlrad flr das Schwungrad ausführbar, bei der der Planetenträger zwei Sätze von Planetenrädern enthalt, von denen der zweite Satz über ein eigenes Zentralrad auf das Schwungrad wirkt, an dem sich zur Abgabe von Speicherenergie eine Schaltkupplung einschaltet, die sonst das Schwungrad getrennt hält von der zugehörigen Elektromaschine mit eigenem Antrieb durch Planetenräder.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Antriebsaggregates nach der Erfindun? - etwa bei seinem Einsatz für schwere Fahrzeuge wie zum Beispiel Schienenfahrzeu;e - kann durch einen Akkumulator gegeben sein, der als zusatzlicher Energiespeicher zur Vergrößern der Speicherkapazität für dieses Aggregat den beiden Blektromaschihen angeschlossen ist. Im Hinblick auf das große Speichervermögen des Schwungrades braucht dieser Akkumulator eine nur relativ geringe KaDazitat und deshalb auch nur ein verhältnismäßig geringes Gewicht und Bauvolumen zu haben. Auch kann in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aggregates noch ein gesondert; zu betätigendes Schaltmittel vorgesehen sein, mit dem ein umschaltbares Hohlrad bei Einstellung der klektromaschinen auf Nulldurchsatz von Leistung während des Fahrbetriebes nach Belieben so zu schalten ist, daß es frei mit den Planetenrädern umL'uft. Diese Maßnahme wirkt sich besonders günstig aus beim langdauernden Fahren mit hoher Geschwindigkeit, bei dem es nicht darauf ankommt, in dem Planetengetriebe ständig eine hohe Drehzahl aufrechtzuerhalten. Einen weiteren Ausbau des Antriebsaggregates nach der Erfindung stellt schließlich auch eine Getriebestufe dar, durch die das Schwungrad mit der zugehörigen Elektromaschine mit einer Drehzahluntersetzung für diese Maschine in mittelbarer Antriebsverbindung steht. Eine solche Konstruktion kommt in i3etracht, wenn aus Gründen der Betriebssicherheit die hohe Drehzahl des Schwungrades der auf tretenden Pliehkräfte wegen nicht ungewandelt von einer größer ausgelegten Elektromaschine aufgenommen werden kann. Eine mittelbare Antriebsverbindung mit oder ohne zersetzung kann auch bestehen zwischen der anderen Elektromaschine und der abtreibenden Welle des Aggregates. Für solche mittelbaren Antriebsverbindungen können auch Kegelrader zum Einsatz kommen, die als Räder far das Planetengetriebe ebenfalls vorgesehen sein können.
  • Außer zum Antrieb von Kraftfahrzeugen aller Art, einschließlich Schienenfahrzeugen, vorzugsweise aber von PK, ist ein Antriebsaggregat nach der Erfindung auch für andere, ähnlich gelagerte Aufgaben einsetzbar. solche Aufgaben sind an stationären Anlagen und Maschinen ebenfalls zu finden. Als Primärmotor für dieses Aggregat kann für alle Einsatzfälle Jeder dem Auf gabenzweck nach geeignete Antriebsmotor verwendet werden, so etwa auch ein Verbrennungsmotor mit äußerer Verbrennung und mit WärmeaustauRcher, der mit Hubkolben oder mit Rotationskolben arbeiten kann.

Claims (14)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Antriebsaggregat, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge aller Art, mit einem drehzahlsteuerbaren Primärmotor, zwei mit diesem durch ein Planetengetriebe zusammenarbeitenden, als Generator und als Motor wechselweise ein- und umstellbaren Elektromaschinen sowie mit; einem schwungrad als Energiespeicher, das mit einer der beiden blektromaschinen zusammenwirkt, wobei diese Elektromaschine als Generator mit durch den Primärmotor mit einem damit verbundenen Planetenträger über die an einem zonnenrad wmlauf enden Planetenräder dieses Trägers und über ein weiteres Sonnenrad zu diesen Rädern angetrieben wird, das mittels einer schaltbaren Kupplung vorzursweise eine selbstteig schaltende berhol- und Freilaufkupplung - wirkt, und wobei zwischen zwei der drei rotierenden Glieder des Planetengetriebes eine Schaltkupplung angeordnet ist, die im Einschaltzustand beide Glieder drehfest so miteinander verbindet, daß eine Leistungsübertragung aus dem Primirmotor auf direktem Wege in die abtreibende teile des Aggregates erfolgt, die in Antriebsverbindann mit der anderen Elektromaschine steht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromaschinen (2, 3) ein gemeinsames Steuerorgan (16) aufweisen, das so eingestellt ist, daß im Einschaltzustand der Schaltkupplung (13) im Planetengetriebe zur direkten Leibstungsübertragung aus dem Primärmotor (1) in dei abtreibende Welle (5) des Aggregates die dieser Welle zugeordnete Elektromaschine (3) als Generator mit geringer Leistung arbeitet, während die andere Elektromaschine (2) mit dem Strom aus dieser Maschine (3) als Motor zum ständigen Halten einer hohen Speicher-Drehzahl des zugehörigen Schwungrades (4) arbeitet, ohne daß sonst die L:instellbarkeit beider Elektromaschinen (2, 3) gleichzeitig auf Nulldurchsatz von Leistung sowie auf jeweils ein bestimmtes Maximum von Liestung in beiden Durchsatzrichtungen beeinträchtigt ist, wobei das Steuerorgan (16) mit dem Einschalten des Schaltkupplung (13) zusammen mit dem Steuerorgan (17) des Primärmotors (1) kurzzeitig gegebenenfulls auch auf verstärkte Leistung zum elektrischen Hochfahren des Schwungrades (4) auf eine bestimmte obere Drehzahl durch sinngemäßen Zusammenschluß der dafür vorgesehenen Schalt-und Steuermittel des Aggregates einstellbar ist.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltmittel vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Gröse des Fahrwiderstandes ein Einschalten der Schaltkupplung (13) im Planetengetriebe selbsttätig dann bewirkt, wenn der Fahrwiderstand aufg einen bestimmten unteren Wert abgesunken ist, wobei das Schaltmittel vorzugsweise abhängig von den Sinstellungen des teuerorgans (17) für den Primärmotor (1) und durch einen Tachogenerator o.dgl. abhängig von der Drehzahl der abtreibenden zelle (15) wirkt sowie durch einen weiteren Tachogenerator o.dgl. abhängig von der Drehzahl des Schwungrades (4) mit der zugehörigen Elektromaschine (2) die Steuerorgane (16, 17) der Primärmotors (1) und der Elektromaschinen (2, 3) so beeinflußt, daß diese Aggregatteile noch solange auf verstärkten Leistungsdurchsatz mit der dem Antrieb des Schwungrades (4) entsprechenden Durchsatzrichtung der Elektromaschinen eingestellt bleiben, bis das Schwungrad (4) seine bestimmte obere Speicher-Drehzahl erreicht hat.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die das Jchwiingrad (4) über ein Zentralrad ( antreibenden Planetenräder (10) ein wechselnd auf freien Umlauf mit den Planetenrädern (10) und auf eine verdrehsichere Verbindung mit einem gehäusefesten Teil (14) schaltbares Hohlrad (9) vorgesehen ist, wobei dieses Hohlrad gesondert von einem weiteren, mit der abtreibenden zelle (5) verbundenen Hohirad gegeben ist, an dem ein anderer Satz von Planetenrädern des Platenträgers (8) für den Antrieb der dem Schwungrad (4) zugeordneten Elektromaschine (2) umläuft, oder mit durch dieses Hohlrad (9) gebildet ist, das mit für das Schwungrad (4) und die Elektromaschine (2) gemeinsamen Planetenradern (10) zusammenarbeitet, und das in einer Schaltung an dem gehäusefesten Teil (14) gegen Verdrehung gesichert ist, in einer anderen Schaltung frei mit den i'lane tenrädern (10) umläuft und in einer weiteren Schaltung in Antriebsverbindung mit der abtreibenden Welle (5) kommt und damit zugleich die Schaltkupplung (13) im Getriebe ausschaltet.
4. Antirebsagregat nach Anspruch 3, < dadurch gezeichnet, dafl ein Steurorgan (16) für die beiden Elektromaschinen(2, 3) vorsehen ist, das bei jedem Linste1len dieser Maschinen auf einen bestimmten größeren Leistungsdurchsatz für den antrieb ein Umschalten des Hohlrades (9) aus seiner Verbindung mit dem gehäusefesten teil (14) in seine lastfreie tellun selbsttätig mit bewirkt;, wobei ein gesondert zu betütigendes Schaltmittel vorgesehen ist, mit dem das Hohlrad (9) in seine drehfeste Verbindung mit der abtreibenden zelle (5) unter Abtrennung des Planetenträgers (E) von dieser Welle zu schalten ist, und das für diese für das Anfahren und das Steigungsfahren geltende zinstellung vorzuEweise mit durch den Anlaßschalter für den Primärmotor (1) betätigt wird.
5. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalmittel vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der Größe des Fahrwiderstandes ein Feststellen des Hohlrades (9) an dem gehäusefesten reil (14) selbsttätig dann bewirkt, wenn der Fahrwiederstand auf einen bestimmten unteren Wert abgesunken ist, wobei das Schaltmittel vorzugsweise abhängig von den Einstellungen des Steuerorgans (17) für den Primärmotor (1) und durch einen Tachogenerator odgl. abhängig von der Drehzahl der abtreibenden Welle (5) wirkt.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Festellung des Hohlrades (9) an dem gehäusefesten cil (14) außer einer durch Reibschluß wirkenden Vorrichtung uiit Reibelementen beliebiger Bauform eine verschleißlos wirkende Bremse vorgesehen ist, wie etwa eine hydrodynamische vliissigkeitsbremse oder eine Jirbelstrmbremse, die so geschaltot ist, daß sie bei entsprechender Schaltung des Hohlrades (9) zuerst die Hohlrad-Drehzahl vermindert, bevor das Hohlrad durch die reibschlüssig wirkende Vorrichtung an dem gehausefesten Teil (14) festgestellt wird, und die eine freie Rotation des danach umgeschalteten Hohlrades (9) nicht behindert.
7. Antriebsaogregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesondert zu betätigendes Schaltmittel vorgesehen ist, mit dem das Hohlrad (9) bei Einstellung der Elektromaschinen (2,3) auf Nulldurchsatz während des Fahrbetriebes nach Belieben so zu schalten ist, daß es frei mit den Planetenrädern umläuft.
8. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Primirmotor (n) und die beiden Elektromaschinen (2, 3) steuernde Kombination von Steuerorganen (16, 17) vorgesehen ist, die ein Betätigungsmittel aufweist, das bei Betitigung aus dem Ruhezustand heraus für den Antrieb vorzugsweise zunächst die Leistung und Drehzahl des Primärmotors (1) voll aussteuert, bevor es die beiden Elektromaschinen aus dem Zustand des 1eistung-iiilldurchsatzes heraus verstellt, wobei es eine Einstellung dieser Maschinen (2, 3) zur Aufnahme von Bremsenergie zur Speicherung bei Leerlaufeinstellung des Primärmotors (1) bewirkt.
9. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwungrad (4) und der zugehörigen Elektromaschine (2) eine Schaltkupplung oder eine andere in Abhangigkeit von der Drehrichtung, der Drehzahl oder/und dem Drehmoment selbsttätig einen bestimmten Schlupf der Elektromaschine (2) dem Schwungrad (4) gegenüber zulassende Kupplung (18) so zwischengeschaltet ist, daß sie einen Antrieb der Elektromaschine (2) über das Zentralrad (11) ermöglicht, ohne daß ein wesentlicher Teil der Antriebsleistung aus dem Zentralrad (11) in das Schwungrad (4) fließt, beispielsweise durch eine Fliehkraftkupplung (18) oder eine drehmomentbegrenzende lüitschkupplung in Verbindung mit einer selbsttatig schaltenden iAberhol- und Freilaufkupplung.
10. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da13 doppeltverzahnte Planetenräder (10) vorgesehen sind, die mit verschiedenen Verzahnungen mit einem Hohlrad (9) und einem Zentralrad (11) im Eingriff stehen sowie dem Hohlrad (9) gegenüber geradverzahnt und dem Zentralrad (11) gegenüber schrägverzahnt sein können, gegebenenfalls auch mit verschieden großen aalzkreisen.
11. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Planetengetriebe und der der abtreibenden Welle (5) zugeordneten Elektromaschine (3) oder dem Primärmotor (1) und dem Planetenträger (8) eine selbsttntig schaltende Überhol- und Freilaufkupplung (20) zwischengeschaltet ist.
12. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (4) mit der zugehörigen Elekromaschine (2) durch eine die brehzahl für diese scÜine untersetzende Getriebstufe in mittelbarer Antriebsverbindung steht.
13. Antriebsagregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der abtreibenden Welle (5) zugeordnete Elekromaschine (3) mit dieser Welle in mittelbarer Antriebsverbindung mit oder ohne Obersetzung steht.
14. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elekromaschinen (2, 3) eiiiem Akkutiiulat;or als zuselzlichem Energiespeicher des Aggregates angeschlossen sind.
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