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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE TRAIN AND TUBULAR BACKBONE FRAME FOR A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/072468
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drive train (6) for a vehicle, in particular for a land vehicle or watercraft, comprising: an internal combustion engine (7), which has an output shaft (8); an electrical machine (11); an end drive (9); a connecting shaft (10) between the output shaft (8) and the end drive (9); and a clutch (12) for releasably connecting the electrical machine (11) to the output shaft (8), the connecting shaft (10) being accommodated, with radial distance (R), in a tube (15) of the drive train (6), and a fuel tank (17) and/or an electrical energy store (18) being accommodated in the annular space (16) formed by the radial distance (R) between the tube (15) and the connecting shaft (10). The invention further relates to a tubular backbone frame (2) having a drive train (6) of this type.

Inventors:
STAGL ROLAND (AT)
PRUENSTER THOMAS (AT)
Application Number:
PCT/AT2020/060370
Publication Date:
April 22, 2021
Filing Date:
October 14, 2020
Export Citation:
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Assignee:
STAGL ROLAND (AT)
PRUENSTER THOMAS (AT)
International Classes:
B60K6/48; B60K1/00; B60K1/02; B60K1/04; B60K6/387; B60K6/40; B60K6/405; B60K6/442; B60K6/52; B60K6/543; B60K6/547; B60K15/063; B62D21/04; B62D21/16; B63H23/36
Foreign References:
US20130306394A12013-11-21
DE102012205982A12013-10-17
DE102010017393A12011-12-22
DE69602973T22000-02-17
DE4243455A11994-06-23
DE10158536B42004-06-24
Attorney, Agent or Firm:
WEISER & VOITH PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT (AT)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere ein Land- oder Wasserfahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftma schine (7) mit einer Ausgangswelle (8), eine elektrische Ma schine (11), einen Endantrieb (9), eine Verbindungswelle (10) zwischen der Ausgangswelle (8) und dem Endantrieb (9) und eine Kupplung (12) zum lösbaren Verbinden der elektrischen Maschine (11) mit der Ausgangswelle (8), wobei die Ausgangswelle (8), die Verbindungswelle (10) und die elektrische Maschine (11) im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verbindungswelle (10) mit Radialabstand (R) in einem Rohr (15) des Antriebsstrangs (6) aufgenommen ist, wobei in dem durch den Radialabstand (R) zwischen dem Rohr (15) und der Verbindungswelle (10) ausgebildeten Ringraum (16) ein Kraftstoffbehälter (17) und/oder ein elektrischer Energiespeicher (18) aufgenommen ist.

2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Ringraum (16) in zwei oder mehrere Kammern (Ki) unterteilt ist.

3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kupplung (12) zwischen der Ausgangswelle (8) und der Verbindungswelle (10) liegt, wobei die elektrische Maschine (11) auf die Verbindungswelle (10) aufgesteckt ist.

4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die elektrische Maschine (11) auf die Verbindungswel le (10) an ihrer der Ausgangswelle (8) zugewandten Seite aufge steckt ist, und dass der Antriebsstrang (6) eine mit dem Endan trieb (9) verbundene zweite elektrische Maschine (13) und eine zweite Kupplung (14) zum lösbaren Verbinden der zweiten elekt rischen Maschine (13) mit der Verbindungswelle (10) umfasst.

5. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die beiden Kupplungen (12, 14) voneinander unabhängig schaltbar sind.

6. Antriebsstrang nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die beiden elektrischen Maschinen (11, 13) voneinander unabhängig regelbar sind.

7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass der Endantrieb (9) ein Achsgetriebe (24) und zwei Antriebswellen (28) für ein Landfahrzeug umfasst.

8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass der Endantrieb (9) ferner ein dem Achsgetriebe (24) vorgelagertes Wechselgetriebe (25) umfasst.

9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass der Endantrieb (9) eine Antriebsach se (45) und einen von dieser angetriebenen Propeller (46) für ein Wasserfahrzeug umfasst.

10. Zentralrohrrahmen für ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug, welcher zur Verankerung eines vorderen und eines hinteren Fahrwerks (3, 4) des Fahrzeugs und eines Fahrzeugauf- baus ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentral- rohrrahmen (2) einen Antriebsstrang (6) nach einem der Ansprü che 1 bis 9 enthält, wobei die Verbrennungskraftmaschine (7) und das Rohr (15) tragende Elemente des Zentralrohrrahmens (2) sind.

11. Zentralrohrrahmen nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass der Zentralrohrrahmen (2) durch den Motorblock (21) der Verbrennungskraftmaschine (7), ein an dem Motorblock (21) verankertes erstes Gehäuse (22), das Rohr (15), welches an dem ersten Gehäuse (22) verankert ist, und ein an dem Rohr (15) verankertes zweites Gehäuse (23) gebildet ist, wobei die elekt rische Maschine (11) auf die Verbindungswelle (10) aufgesteckt und das erste Gehäuse (22) zur Aufnahme der Kupplung (12) und der elektrischen Maschine (11) ausgebildet ist, und wobei das zweite Gehäuse (23) zur Aufnahme einer zweiten elektrischen Maschine (13) des Antriebsstrangs (6), eines von dieser gespeisten Wechselgetriebes (25) mit angeschlossenem Achsgetriebe (24) des Endantriebs (9) und einer zweiten Kupp- lung (14) zum lösbaren Verbinden der Verbindungswelle (10) mit der zweiten elektrischen Maschine (13) ausgebildet ist.

12. Zentralrohrrahmen nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, dass das zweite Gehäuse (23) zum Verankern und der Endantrieb (9) zum Antreiben des hinteren Fahrwerks (4) des Fahrzeugs ausgebildet sind.

13. Zentralrohrrahmen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorblock (21) der Verbren nungskraftmaschine (7) an seiner dem Rohr (15) abgewandten Sei te zum Verankern des vorderen Fahrwerks (3) des Fahrzeugs aus- gebildet ist.

14. Zentralrohrrahmen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralrohrrahmen (2) einen zweiarmi gen Träger (31) zum Verankern des vorderen Fahrwerks (3) des Fahrzeugs umfasst, wobei jeder Trägerarm (31i, 31r) an jeweils einer Lateralseite des ersten Gehäuses (22) verankert ist und die Trägerarme (31i, 31r) den Motorblock (21) lateral umgrei fen.

15. Zentralrohrrahmen nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass an den Trägerarmen (31i, 31r) ein drittes Gehäu se (32) verankert ist, welches von der dem Rohr (15) abgewand ten Seite des Motorblocks (21) beabstandet und zur Aufnahme ei ner dritten elektrischen Maschine (33) und eines weiteren Achs- getriebes (34) für das vordere Fahrwerk (3) des Fahrzeugs aus gebildet ist.

16. Zentralrohrrahmen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Rohr (15) abgewandten Seite des Motorblocks (21) ein drittes Gehäuse (32) verankert ist, wel ches zur Aufnahme einer dritten elektrischen Maschine (33) und eines weiteren Achsgetriebes (34) zum Antreiben des vorderen Fahrwerks (3) des Fahrzeugs ausgebildet ist.

Description:
Antriebsstrang und Zentralrohrrahmen für ein Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug, insbesondere ein Land- oder Wasserfahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Ausgangswel le, eine elektrische Maschine, einen Endantrieb, eine Verbin dungswelle zwischen der Ausgangswelle und dem Endantrieb und eine Kupplung zum lösbaren Verbinden der elektrischen Maschine mit der Ausgangswelle, wobei die Ausgangswelle, die Verbin dungswelle und die elektrische Maschine im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Zentralrohrrahmen für ein Fahrzeug, welcher einen derartigen Antriebsstrang enthält.

Für derartige hybride Antriebe aus einer Verbrennungs- kraftmaschine und (zumindest) einer elektrischen Maschine, wel che motorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann, gibt es unterschiedliche strukturelle Varianten. Einerseits sind parallele Hybridantriebe bekannt, bei welchen die Verbren nungskraftmaschine und die elektrische Maschine das Fahrzeug im Fährbetrieb gemeinsam mechanisch antreiben (können) und im Bremsbetrieb und/oder zum Aufladen eines Energiespeichers die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird. In dieser Anordnung ergänzen einander die Antriebsleistungen von Verbren nungskraftmaschine und elektrischer Maschine, jedoch kann die Verbrennungskraftmaschine wegen ihrer Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit nicht wirkungsgradoptimiert betrieben wer den.

Alternativ dazu sind serielle Hybridantriebe bekannt, bei welchen die Verbrennungskraftmaschine eine erste elektrische Maschine als Generator zum Aufladen des Energiespeichers an treibt und alleine eine zweite elektrische Maschine als Motor das Fahrzeug antreibt, wozu sie auf den Energiespeicher zu greift, welchen sie im Bremsbetrieb meist zusätzlich auflädt. Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine optimiert betrieben werden, jedoch sind Maschinen mit in Summe höherer Gesamtleis tung zu verbauen.

Ein leistungsverzweigender Hybridantrieb als dritte An triebsvariante umfasst eine Verbrennungskraftmaschine und zwei elektrische Maschinen, welche allesamt über ein meist komplexes Getriebe mechanisch Zusammenwirken, wobei eine der beiden e- lektrischen Maschinen vorrangig generatorisch und die andere vorrangig motorisch betrieben wird. Der in diesem Fall komple xere und raumgreifende mechanische Aufbau ermöglicht - bei ent sprechender Steuerung - eine höhere Flexibilität im Energie flussmanagement. Ein Antriebsstrang der einleitend genannten Art ist für einen leistungsverzweigenden Hybridantrieb bei spielsweise aus der Schrift DE 10158 536 B4 bekannt.

Allen genannten Antriebsvarianten ist gemeinsam, dass im Fahrzeug sowohl ein Kraftstoffbehälter für die Verbrennungs kraftmaschine als auch ein elektrischer Energiespeicher für die zumindest eine elektrische Maschine unterzubringen sind. Kraft stoffbehälter werden bei Landfahrzeugen meist im Bereich des hinteren Fahrwerks, z.B. unter einer Rücksitzbank od.dgl., ver baut; für den elektrischen Energiespeicher verbleibt dann ein Platz im bzw. unter dem Kofferraum bzw. im Fußraum unter den Fahrgästen. Dadurch wird jeweils der Kofferraum oder der Fahr gastraum eingeschränkt; ferner sitzt der Energiespeicher an ei ner bei einem Heck- oder Seitenaufprall weniger gut geschützten Stelle, sodass in einem solchen Fall eine Zellbeschädigung mit ausfließendem Elektrolyt und sogar ein Brand des geladenen E- nergiespeichers drohen. Die Vielzahl separater Bestandteile er schwert den Einbau, steht der Modularität solcher Antriebskon zepte entgegen und führt zu komplexen Wegen für die Kraftstoff versorgung und für elektrische Leitungen.

Bei Wasserfahrzeugen ist der für Kraftstoffbehälter und elektrische Energiespeicher zur Verfügung stehende Raum meist weniger eingeschränkt; dennoch erfordert eine Verteilung von Antriebsstrang, Kraftstoffbehälter und elektrischem Energie speicher einen höheren Aufwand beim Einbau und führt zu komple- xen Wegen für den Kraftstoff und für die elektrischen Leitun gen.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, einen besonders sicher und flexibel einsetzbaren Antrieb für ein Fahrzeug zu schaffen, welcher einfach verbaut werden kann und kurze Kraftstoffleitun- gen und/oder elektrische Leitungen ermöglicht.

Dieses Ziel wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Antriebsstrang der einleitend genannten Art erreicht, welcher sich dadurch auszeichnet, dass die Verbindungswelle mit Radialabstand in einem Rohr des Antriebsstrangs aufgenommen ist, wobei in dem durch den Radialabstand zwischen dem Rohr und der Verbindungswelle ausgebildeten Ringraum ein Kraftstoffbe hälter und/oder ein elektrischer Energiespeicher aufgenommen ist.

Ein Antriebsstrang dieser Art ermöglicht durch seine zent ral gebündelte Anordnung einen hervorragenden Schutz des emp findlichen Kraftstoffbehälters bzw. des empfindlichen elektri schen Energiespeichers. Ferner ist dadurch eine besonders güns tige Gewichtsverteilung und gute Raumausnutzung des Antriebs strangs in dem Fahrzeug erzielbar. Überdies kann ein derartig aufgebauter Antriebsstrang besonders einfach als Gesamtmodul in unterschiedliche Fahrzeuge eingebaut und mit geringem Aufwand flexibel an unterschiedliche Erfordernisse angepasst werden. Je nach Anzahl elektrischer Maschinen sind verschiedene hybride Antriebsvarianten erzielbar. Insgesamt sind durch die Anordnung des Kraftstoffbehälters und/oder der elektrischen Energiespei cher in unmittelbarer Nähe der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine die jeweiligen Längen der zugehörigen Energieleitungen gering und können die Leitungen in Axialrich tung des Antriebsstrangs weitgehend geradlinig geführt werden, sodass sich besonders einfache Wege ergeben. Es versteht sich, dass in dem Ringraum weitere Elemente des Antriebs, z.B. Leis tungselektronik und/oder eine Regelung für die elektrische Ma schine untergebracht sein kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Ringraum in zwei oder mehrere Kammern unterteilt. Dies ermöglicht eine be sonders flexible Nutzung des Ringraums für unterschiedliche E- nergiespeicher, d.h. für einen Kraftstoffbehälter bzw. für e- lektrische Energiespeicher in beliebiger Aufteilung. Ferner er leichtert eine solche Unterteilung den Einbau weiterer An triebselemente, z.B. der Leistungselektronik und/oder Regelung der elektrischen Maschine.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die Kupp lung zwischen der Ausgangswelle und der Verbindungswelle liegt, wobei die elektrische Maschine auf die Verbindungswelle aufge steckt ist. Dabei kann die elektrische Maschine als Hohlwellen maschine an der der Ausgangswelle oder dem Endantrieb zugewand ten Seite der Verbindungswelle auf diese aufgesteckt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebsstrangs ist die elektrische Maschine auf die Verbindungswelle an ihrer der Ausgangswelle zugewandten Seite aufgesteckt und umfasst der Antriebsstrang eine mit dem Endantrieb verbundene zweite elekt rische Maschine und eine zweite Kupplung zum lösbaren Verbinden der zweiten elektrischen Maschine mit der Verbindungswelle. Dies ermöglicht eine höhere Gesamtleistung des Antriebsstrangs und eine flexible Verteilung der Antriebsleistung. Auch bleiben die jeweiligen Längen der Energieleitungen weiterhin gering, besonders die elektrischen Leitungen der zu den beiden dem Ringraum unmittelbar benachbarten elektrischen Maschinen, was auch Gewicht spart, umso mehr, wenn die Leistungselektronik und Regelung für die elektrischen Maschinen ebenfalls in dem Ring raum angeordnet sind.

Besonders günstig ist dabei, wenn die beiden Kupplungen voneinander unabhängig schaltbar sind. Ebenfalls günstig ist, wenn die beiden elektrischen Maschinen voneinander unabhängig regelbar sind. Durch einfaches Schalten der Kupplungen bzw. durch die Regelung der elektrischen Maschinen sind so alle hyb riden Antriebsvarianten unmittelbar erzielbar, d.h. serieller, paralleler und leistungsverzweigender Hybridbetrieb, ohne von der strukturellen Einfachheit und dem geringen Raumbedarf des Antriebsstrangs abzugehen.

In einer vorteilhaften Variante umfasst der Endantrieb ein Achsgetriebe und zwei Antriebswellen für ein Landfahrzeug. So mit ergibt sich eine besonders einfache Struktur für Landfahr zeuge. Dabei ist besonders günstig, wenn der Endantrieb ferner ein dem Achsgetriebe vorgelagertes Wechselgetriebe umfasst. Auf diese Weise kann die Maschinendrehzahl von der Fahrgeschwindig keit zumindest teilweise entkoppelt werden, um so einen günsti gen Wirkungsgrad der Maschinen und dabei die für den Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Antriebsleistung zu erzielen.

In einer alternativen oder sogar ergänzenden Variante um fasst der Endantrieb eine Antriebsachse und einen von dieser angetriebenen Propeller für ein Wasserfahrzeug. Wiederum ergibt sich daraus eine besonders einfache Struktur für den Antriebs strang.

In einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung einen Zent ralrohrrahmen für ein Fahrzeug, insbesondere ein Landfahrzeug, welcher zur Verankerung eines vorderen und eines hinteren Fahr werks des Fahrzeugs und eines Fahrzeugaufbaus ausgebildet ist und sich dadurch auszeichnet, dass er einen Antriebsstrang der vorgenannten Art enthält, wobei die Verbrennungskraftmaschine und das Rohr tragende Elemente des Zentralrohrrahmens sind. Die Vorteile des Antriebsstrangs, insbesondere sein geringer Raum bedarf, seine flexible Einsetzbarkeit, seine Modularität und seine mechanische Struktur, werden dadurch gewinnbringend für den gleichermaßen flexibel einsetzbaren Zentralrohrrahmen nutz bar gemacht. Der Antriebsstrang, insbesondere sein Kraftstoff behälter bzw. die elektrischen Energiespeicher, sind im Zent ralrohrrahmen besonders gut geschützt. Zugleich entfallen durch die Nutzung der Verbrennungskraftmaschine und des Rohrs des An triebsstrangs als tragende Elemente des Zentralrohrrahmens zu sätzliche separate Elemente und damit deren Gewicht und der da für erforderliche Bauraum. Besonders günstig ist, wenn der Zentralrohrrahmen durch den Motorblock der Verbrennungskraftmaschine, ein an dem Motor block verankertes erstes Gehäuse, das Rohr, welches an dem ers ten Gehäuse verankert ist, und ein an dem Rohr verankertes zweites Gehäuse gebildet ist, wobei die elektrische Maschine auf die Verbindungswelle aufgesteckt und das erste Gehäuse zur Aufnahme der Kupplung und der elektrischen Maschine ausgebildet ist, und wobei das zweite Gehäuse zur Aufnahme einer zweiten elektrischen Maschine des Antriebsstrangs, eines von dieser ge speisten Wechselgetriebes mit angeschlossenem Achsgetriebe des Endantriebs und einer zweiten Kupplung zum lösbaren Verbinden der Verbindungswelle mit der zweiten elektrischen Maschine aus gebildet ist. So entfallen separate tragende Elemente für den Zentralrohrrahmen; dieser ist stabil ausführbar und dabei ge wicht- und raumsparend und für eine Vielzahl verschiedener Fahrzeuge, insbesondere Landfahrzeuge, verwendbar. Durch ge ringfügige Änderungen kann ein solcher Zentralrohrrahmen ferner flexibel und unter Beibehaltung der Vorteile und Wirkungsweise an die jeweiligen Erfordernisse unterschiedlicher Fahrzeuge an gepasst werden.

Ein besonders günstige Gewichtsverteilung im Fahrzeug ist dabei erzielbar, wenn das zweite Gehäuse zum Verankern und der Endantrieb zum Antreiben des hinteren Fahrwerks des Fahrzeugs ausgebildet sind. Der Zentralrohrrahmen erstreckt sich so vom hinteren Fahrwerk in Richtung der Fahrzeugfront.

Ferner ist vorteilhaft, wenn der Motorblock der Verbren nungskraftmaschine an seiner dem Rohr abgewandten Seite zum Verankern des vorderen Fahrwerks des Fahrzeugs ausgebildet ist. Das hilft, zusätzliche Bauteile einzusparen.

Alternativ dazu kann der Zentralrohrrahmen einen zweiarmi gen Träger zum Verankern des vorderen Fahrwerks des Fahrzeugs umfassen, wobei jeder Trägerarm an jeweils einer Lateralseite des ersten Gehäuses verankert ist und die Trägerarme den Motor block lateral umgreifen. Dies ermöglicht eine Teilentkopplung der Verankerung des vorderen Fahrwerks von der Verbrennungs- kraftmaschine, indem die im Fährbetrieb am vorderen Fahrwerk auftretenden Kräfte über die Trägerarme auf das erste Gehäuse und somit näher zur Fahrzeugmitte auf den Zentralrohrrahmen ü- bertragen werden.

Günstig ist dabei, wenn an den Trägerarmen ein drittes Ge häuse verankert ist, welches von der dem Rohr abgewandten Seite des Motorblocks beabstandet und zur Aufnahme einer dritten e- lektrischen Maschine und eines weiteren Achsgetriebes für das vordere Fahrwerk des Fahrzeugs ausgebildet ist. Alternativ dazu ist an der dem Rohr abgewandten Seite des Motorblocks ein drit tes Gehäuse verankert, welches zur Aufnahme einer dritten e- lektrischen Maschine und eines weiteren Achsgetriebes zum An treiben des vorderen Fahrwerks des Fahrzeugs ausgebildet ist. Damit umfasst der Zentralrohrrahmen eine weitere, von den ande ren unabhängige elektrische Maschine, welche als Antriebsmotor bzw. als Bremsgenerator auf das vordere Fahrwerk wirkt. Die dritte elektrische Maschine kann dabei z.B. von dem im Ringraum angeordneten elektrischen Energiespeicher gespeist werden bzw. diesen speisen. Insgesamt ermöglicht dies einen sehr kompakten Zentralrohrrahmen mit komplettem integriertem Antriebsstrang und Allradantrieb in Hybridtechnik.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und Ausführungsformen des Zentralrohrrahmes wird auf die vorangegangenen Ausführungen zu dem Antriebsstrang verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den beige schlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nä her erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Fahrgestell eines Landfahrzeugs mit einem Zent ralrohrrahmen und einem Antriebsstrang gemäß der Erfindung in Draufsicht;

Fig. 2 ein Fahrgestell eines Landfahrzeugs mit einem zu jenem von Fig. 1 alternativen Zentralrohrrahmen und dem An triebsstrang von Fig. 1 in Draufsicht; die Fig. 3a bis 3c einen Ausschnitt aus dem Antriebsstrang von Fig. 1 und 2 mit einem Kraftstoffbehälter (Fig. 3a), mit elektrischem Energiespeicher (Fig. 3b) und mit Leistungselekt ronik, Regler und elektrischem Energiespeicher (Fig. 3c) je weils in einem Querschnitt;

Fig. 4 ein Fahrgestell einer landwirtschaftlichen Zugma schine mit dem Zentralrohrrahmen und dem Antriebsstrang von Fig. 2 in Draufsicht;

Fig. 5 ein Fahrgestell eines Lastkraftwagens mit dem Zent ralrohrrahmen und dem Antriebsstrang von Fig. 2 in Draufsicht; und

Fig. 6 ein schematisches Wasserfahrzeug mit einem erfin dungsgemäßen Zentralrohrrahmen und dem Antriebsstrang der Fig.

1 und 2 in Draufsicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils ein Fahrgestell 1 eines Fahrzeugs (hier: eines Landfahrzeugs). Die Fahrgestelle 1 haben jeweils einen Zentralrohrrahmen 2, an welchen ein vorderes und ein hinteres Fahrwerk 3, 4 verankert ist. Der Zentralrohrrahmen

2 hat optionale Verankerungspunkte 5 für einen Fahrzeugaufbau (nicht dargestellt) und enthält einen Antriebsstrang 6. Der An triebsstrang 6 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 7 mit ei ner Ausgangswelle 8. Die Verbrennungskraftmaschine 7 ist im dargestellten Beispiel ein Hubkolbenmotor; sie könnte alterna tiv ein Rotationskolbenmotor, eine Gasturbine od.dgl. sein, da bei ist die Ausgangswelle 8 beispielsweise eine Kurbelwelle des Hubkolbenmotors, eine Exzenterwelle des Rotationskolbenmotors, eine Turbinenwelle der Gasturbine oder eine Welle am Ausgang eines in die Verbrennungskraftmaschine integrierten oder daran angebauten Getriebes.

Der Antriebsstrang 6 umfasst ferner einen Endantrieb 9 für das Fahrzeug und eine Verbindungswelle 10 zwischen der Aus gangswelle 8 und dem Endantrieb 9, sowie eine elektrische Ma schine 11 und eine Kupplung 12. Die Kupplung 12 verbindet die elektrische Maschine 11 lösbar mit der Ausgangswelle 8. Die Ausgangswelle 8, die Verbindungswelle 10 und die elektrische Maschine 11 sind im Wesentlichen koaxial zueinander am An triebsstrang 6 angeordnet; „im Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass auch ein Kardangelenk mit geringem Gelenk winkel und/oder ein geringfügiger axialer Versatz zwischen die sen drei Elementen bestehen kann.

In den dargestellten Beispielen liegt die Kupplung 12 zwi schen der Ausgangswelle 8 und der Verbindungswelle 10. Ferner ist die elektrische Maschine 11 als Hohlwellenmaschine auf die Verbindungswelle 10 aufgesteckt, u.zw. an der der Ausgangswelle 8 zugewandten Seite der Verbindungswelle 10; alternativ kann die elektrische Maschine 11 an der dem Endantrieb 9 zugewandten Seite der Verbindungswelle 10 auf diese aufgesteckt sein. Auch die Kupplung 12 kann, anstatt zwischen der Ausgangswelle 8 und der Verbindungswelle 10 zu liegen, an der dem Endantrieb 9 zu gewandten Seite der Verbindungswelle 10 jedoch zwischen elekt rische Maschine 11 und Verbrennungskraftmaschine 7 angeordnet sein, um die elektrische Maschine 11 (in diesem Fall: über die Verbindungswelle 10) mit der Ausgangswelle 8 lösbar zu verbin den.

In den gezeigten Beispielen umfasst der Antriebsstrang 6 eine optionale zweite elektrische Maschine 13, welche mit dem Endantrieb 9 verbunden ist; ferner umfasst der Antriebsstrang 6 an der dem Endantrieb 9 zugewandten Seite der Verbindungswelle 10 eine optionale zweite Kupplung 14, welche die zweite elekt rische Maschine 13 lösbar mit der Verbindungswelle 10 verbin det. Dabei ist die zweite elektrische Maschine 13 wieder im We sentlichem koaxial zur Verbindungswelle 10.

Sind die genannte eine (im Folgenden auch: „erste") Kupp lung 12 und die zweite Kupplung 14 voneinander unabhängig schaltbar, wie dies optional der Fall ist, kann die genannte eine (im Folgenden auch: „erste") elektrische Maschine 11 mit der Ausgangswelle 8 lösbar verbunden werden, u.zw. unabhängig vom Lösen oder Verbinden der zweiten elektrischen Maschine 13 mit der Verbindungswelle 10 durch die zweite Kupplung 14. Sind ferner die erste und zweite elektrische Maschine 11, 13 vonein ander unabhängig regelbar, d.h. auch voneinander unabhängig je weils in einen motorischen oder generatorischen Betriebszustand überführbar, wie dies optional der Fall ist, kann der Antrags strang 6 beliebige unterschiedliche Betriebszustände einnehmen:

Erstens kann die erste Kupplung 12 die beiden elektrischen Maschinen 11, 13 von der Verbrennungskraftmaschine 7 lösen und die Verbrennungskraftmaschine 7 dabei beispielsweise stillge legt werden, sodass die beiden elektrischen Maschinen 11, 13 (oder optional nur eine davon) den Endantrieb 9 und somit das Fahrzeug antreiben.

Zweitens kann die zweite Kupplung 14 die zweite elektri sche Maschine 13 von der Verbindungswelle 10 lösen, und die zweite elektrische Maschine 13 dabei alleine das Fahrzeug an treiben (oder bremsen); in diesem Fall können die Verbrennungs kraftmaschine 7 und die erste elektrische Maschine 11 stillge legt werden oder die Verbrennungskraftmaschine 7 treibt die ü- ber die erste Kupplung 12 verbundene erste elektrische Maschine 11, welche dabei im generatorischen Betrieb elektrische Energie für die zweite elektrische Maschine 13 erzeugt.

Drittens können beide Kupplungen 12, 14 jeweils geschlos sen sein, sodass die Verbrennungskraftmaschine 7, die erste e- lektrische Maschine 11 und die zweite elektrische Maschine 13 miteinander mechanisch verbunden sind und entweder alle drei Maschinen 7, 11, 13 das Fahrzeug antreiben oder zumindest eine der elektrischen Maschinen 11, 13 dabei generatorisch betrieben wird und elektrische Energie erzeugt.

Es versteht sich, dass die zweite Kupplung 14 an jeder be liebigen Stelle der Verbindungswelle 10 zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine 11, 13 angeordnet sein kann, um die genannten Betriebszustände zu erzielen.

Wie in den Fig. 3a - 3c dargestellt, ist die Verbindungs welle 10 mit Radialabstand R in einem Rohr 15 des Antriebs strangs 6 aufgenommen. Durch den Radialabstand R ist zwischen dem Rohr 15 und der Verbindungswelle 10 ein Ringraum 16 ausge bildet. Der Ringraum 16 ist optional in zwei oder mehrere Kam mern K , K 2 , ..., allgemein Ki, unterteilt. Eine solche Untertei- lung kann in Umfangsrichtung (wie gezeigt) oder alternativ bzw. zusätzlich in Achsrichtung des Rohrs 15 bestehen.

Im Beispiel der Fig. 3a ist in den Ringraum 16 ein Kraft stoffbehälter 17 aufgenommen, welcher optional den Kammern Ki des Ringraums 16 entsprechend unterteilt ist. Im Beispiel der Fig. 3b ist in den Kammern Ki des Ringraums 16 ein - hier viel zelliger - elektrischer Energiespeicher 18 aufgenommen. Fig. 3c zeigt eine Variante, bei welcher in zwei Kammern Ki, K 2 jeweils Zellen des elektrischen Energiespeichers 18, in einer dritten Kammer K 3 Leistungselektronik 19 zur geregelten elektrischen Energieversorgung zumindest einer elektrischen Maschine 11, 13 und in einer vierten Kammer K 4 eine Regelung 20 für die elekt rischen Maschinen 11, 13 bzw. für die Leistungselektronik 19 aufgenommen sind. So speist der elektrische Energiespeicher 18 - im Allgemeinen über die Leistungselektronik 19 - zumindest eine der (hier: beide) elektrischen Maschinen 11, 13 bzw. wird von diesen, wenn sie generatorisch betrieben werden, mit elekt rischer Energie gespeist, welche der Energiespeicher 18 in sei nen Zellen speichert. Es versteht sich, dass die in den Fig. 3a, 3b und 3c dargestellten Varianten der Nutzung des Ringraums 16 miteinander kombinierbar sind.

Zurückkommend auf die Beispiele der Fig. 1 und 2 werden im Folgenden Varianten des Zentralrohrrahmens 2, welcher den ge zeigten Antriebsstrang 6 enthält, beschrieben. In jeder dieser Varianten des Zentralrohrrahmens 2 sind die Verbrennungskraft maschine 7 und das Rohr 15 des Antriebsstrangs 6 jeweils tra gende Elemente des Zentralrohrrahmens 2.

Im einfachsten Fall ist der Zentralrohrrahmen 2 ohne weit- re tragende Elemente durch die Verbrennungskraftmaschine 7, z.B. ihren Motorblock 21, und das Rohr 15 gebildet, welches in diesem Fall direkt am Motorblock 21 verankert ist und in wel chem neben der Verbindungswelle 10 in diesem Fall auch die Kupplung 12, die elektrische Maschine 11 und der Endantrieb 9 aufgenommen sind. In den Ausführungsvarianten der Fig. 1 und 2 ist der Zent ralrohrrahmen 2 durch den Motorblock 21 der Verbrennungskraft maschine 7, ein an dem Motorblock 21 verankertes optionales erstes Gehäuse 22, das Rohr 15, welches in diesen Varianten an dem ersten Gehäuse 22 verankert ist, und ein an dem Rohr 15 verankertes optionales zweites Gehäuse 23 gebildet. Dabei ist ferner die (hier: erste) elektrische Maschine 11 auf die Ver bindungswelle 10 aufgesteckt und zusammen mit der (hier: ers ten) Kupplung 12 im ersten Gehäuse 22 aufgenommen. Im zweiten Gehäuse 23 sind die zweite elektrische Maschine 13 des An triebsstrangs 6, ein daran angeschlossenes Achsgetriebe 24 des Endantriebs 9 und die zweite Kupplung 14 aufgenommen.

In den Beispielen der Fig. 1 und 2 speist die zweite elektrische Maschine 13 das Achsgetriebe 24 über ein diesem vorgelagertes optionales Wechselgetriebe 25 des Endantriebs 9, z.B. ein automatisches, stufenloses, handgeschaltetes oder e- lektronisch geschaltetes Wechselgetriebe 25, an welches das Achsgetriebe 24 angeschlossen ist. Das Wechselgetriebe 25 kann dabei eine oder mehrere zusätzliche Kupplungen enthalten.

Es versteht sich, dass die erste Kupplung 12 und die erste elektrische Maschine 11, wenn der Antriebsstrang 6 keine zweite Kupplung 14 und keine zweite elektrische Maschine 13 umfasst, alternativ zu der dargestellten Variante im zweiten Gehäuse 23, oder die erste Kupplung 12 im ersten Gehäuse 22 und die erste elektrische Maschine 11 im zweiten Gehäuse 23 aufgenommen sein können. Ferner könnten alternativ die zweite Kupplung 14 im ersten Gehäuse 22, u.zw. abtriebsseitig, d.h. zwischen erster und zweiter elektrischer Maschine 11, 13, und die zweite elekt rische Maschine 13 im zweiten Gehäuse 23, oder überhaupt beide Kupplungen 12, 14 und elektrischen Maschinen 11, 13 jeweils im ersten oder zweiten Gehäuse 22, 23 aufgenommen sein.

Das zweite Gehäuse ist optional zum Verankern des hinteren Fahrwerks 4 ausgebildet, welches die Räder 26 und jeweils eine Radaufhängung 27 für jedes Rad 26 umfasst. Zum Endantrieb 9 gehören hier neben dem Achsgetriebe 24 noch Antriebswellen 28, welche die Räder 26 treiben.

Im Beispiel der Fig. 2 ist der Motorblock 21 der Verbren nungskraftmaschine 7 optional an seiner dem Rohr 15 abgewandten Seite zum Verankern des vorderen Fahrwerks 3, insbesondere der Radaufhängung 29 für die Vorderräder 30, ausgebildet. Alterna tiv dazu treibt der Endantrieb 9 das vordere Fahrwerk 3 des Fahrzeugs, welches in diesem Fall optional am zweiten Gehäuse 23 verankert ist.

Im Beispiel der Fig. 1 hat der Zentralrohrrahmen 2 einen zweiarmigen Träger 31, an welchem das vordere Fahrwerk 3 des Fahrzeugs verankert ist. Jeder Trägerarm 31i, 31 r des Trägers

31 ist an jeweils einer Lateralseite des ersten Gehäuses 22 verankert. Ferner umgreifen die Trägerarme 31i, 31 r den Motor block 21 der Verbrennungskraftmaschine 7 an seinen Lateralsei ten, d.h. jeder Trägerarm 31i, 31 r wird - ohne direkten Kontakt - an jeweils einer Lateralseite des Motorblocks 21 vorbeige führt und überragt den Motorblock 21 an seiner dem Rohr 15 ab gewandten Seite in Axialrichtung des Zentralrohrahmens 2.

In diesem Beispiel ist ferner an den Trägerarmen 31i, 31 r ein optionales drittes Gehäuse 32 (hier: etwa mittig zwischen den Trägerarmen 31 r , 31i) verankert. Das dritte Gehäuse 32 ist in der dargestellten Ausführungsform vom Motorblock 21 an sei ner dem Rohr 15 abgewandten Seite beabstandet, könnte jedoch alternativ oder zusätzlich an dieser Seite des Motorbocks 21 verankert sein. In dem dritten Gehäuse 32 sind eine dritte elektrische Maschine 33 und ein weiteres Achsgetriebe 34 aufge nommen, welches über vordere Antriebswellen 35 das vordere Fahrwerk 3 des Fahrzeugs, d.h. die Vorderräder 30, antreibt.

In Ausführungsform nach Fig. 2 entfällt der Träger 31. Stattdessen ist das dritte Gehäuse 32 an der dem Rohr 15 abge wandten Seite des Motorblocks 21 der Verbrennungskraftmaschinen 7 verankert. Auch in diesem Fall treibt die im dritten Gehäuse

32 untergebrachte dritte elektrische Maschine 33 über das weite Achsgetriebe 34 das vordere Fahrwerk 3 des Fahrzeugs. Die vor- dere Radaufhängung 29 ist in diesem Beispiel am dritten Gehäuse 32 verankert.

Optional wird die dritte elektrische Maschine 33 - wie die erste und die zweite elektrische Maschine 11, 13 - im Motorbe trieb aus dem elektrischen Energiespeicher 18 gespeist bzw. speist im Generatorbetrieb den elektrischen Energiespeicher 18, z.B. jeweils über die Leistungselektronik 19. Im Allgemeinen wird die dritte elektrische Maschine 33 unabhängig von den bei den anderen elektrischen Maschinen 11, 13, d.h. auch über eine separate Leistungselektronik 19 gespeist. Es versteht sich, dass die dritte elektrische Maschine 33 auch in der Ausfüh rungsform des Antriebsstrangs 6 ohne zweite elektrische Maschi ne 13 eingesetzt werden kann.

In der alternativen Ausführungsform, in welchen der An triebsstrang 6 das vordere Fahrwerk 3 treibt, treibt umgekehrt die dritte elektrische Maschine 33 das hintere Fahrwerk 4.

Ein optionaler Aufprallschutz 36 mit einem Stoßfänger 37 ist beispielsweise an den Trägerarmen 31i, 31 r (Fig. 1) oder an dem dritten Gehäuse 32 (Fig. 2) verankert.

Fig. 4 zeigt das Fahrgestell 1 einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, z.B. eines Traktors, welches mit dem Zentralrohr rahmen 2 und dem Antriebsstrang 6 gemäß der Ausführungsform von Fig. 2 ausgestattet ist. Es versteht sich, dass das Fahrgestell 1 der landwirtschaftlichen Zugmaschine alternativ mit einer an deren der beschriebenen Varianten des Zentralrohrrahmens 2 bzw. des Antriebsstrangs 6, z.B. jener mit einem Träger 31 ausges tatteten Variante gemäß Fig. 1 oder einer Variante mit nur zwei oder nur der einen (ersten) elektrischen Maschine 11 gebildet sein kann.

In Fig. 5 ist eine den Zentralrohrrahmen 2 umfassende Va riante des Fahrgestells 1 eines Lastkraftwagens gezeigt. Das Fahrgestell 1 ist in diesem Beispiel dreiachsig; das hintere Fahrwerk 4 und das zweite Gehäuse 23 mit darin aufgenommener zweiter Kupplung 14, zweiter elektrischer Maschine 13, optiona lem Wechselgetriebe 25 und Achsgetriebe 24 ist gleichsam ver- doppelt als viertes Gehäuse 38, an welchem ein zweites hinteres Fahrwerk 39 verankert ist, das die dritte Fahrzeugachse bildet. Das zweite hintere Fahrwerk 39 ist optional ebenfalls angetrie ben, z.B. über einen aus dem zweiten Gehäuse 23 herausgeführten Wellstummel 40, welcher über ein zweites hinteres Achsgetriebe 41 das zweite hintere Fahrwerk 39 antreibt.

Im Beispiel der Fig. 5 sind in dem vierten Gehäuse 38 fer ner eine optionale vierte elektrische Maschine 42 und ein an das zweite hintere Achsgetriebe 41 angeschlossenes optionales zweites Wechselgetriebe 43 aufgenommen; dabei ist optional der Wellenstummel 40 direkt mit der zweiten elektrischen Maschine 13 verbunden. Die vierte elektrische Maschine 42 ist in diesem Beispiel über eine dritte Kupplung 44 mit den Wellenstummel 40 lösbar verbunden und treibt das zweite Wechselgetriebe 43; al ternativ entfallen der Wellenstummel 40 und die dritte Kupplung 44, sodass die vierte elektrische Maschine 42 - ähnlich der dritten elektrischen Maschine 33 am vorderen Fahrwerk 3 - unab hängig vom Antriebsstrang 6 das zweite hintere Fahrwerk 39 treibt. Auch die vierte elektrische Maschine 42 speist optional den elektrischen Energiespeicher 18 bzw. wird von diesem ge speist, z.B. jeweils über Leistungselektronik 19.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in welchem der Endantrieb 9 ei ne Antriebsachse 45 und einen von dieser angetriebenen Propel ler 46 für ein durch einen Bootsrumpf 47 versinnbildlichtes Wasserfahrzeug umfasst. Die Funktion und das Zusammenwirken der Verbrennungskraftmaschine 7 mit zumindest einer elektrischen Maschine 11, 13 entspricht weitgehend jenen zuvor für Landfahr zeuge beschriebenen Varianten, wie dem Fachmann unmittelbar er sichtlich ist. Ferner kann der Zentralrohrrahmen 2 als tragen des bzw. verstärkendes Element für das Wasserfahrzeug genutzt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs formen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten, Modifikatio nen und deren Kombinationen, die in den Rahmen der angeschlos senen Ansprüche fallen.