Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem

hydrodynamischen Retarder und einer elektrischen Maschine, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Während herkömmlich in der Regel entweder ein hydrodynamischer Retarder oder eine elektrische Maschine zum Abbremsen eines Antriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, wie ihn die vorliegende Erfindung vorteilhaft betrifft, vorgesehen wurde, sind in jüngerer Zeit Antriebsstränge vorgeschlagen worden, in welchen ein hydrodynamischer Retarder mit einer elektrischen

Maschine kombiniert wurde, um den Antriebsstrang einerseits hydrodynamisch und andererseits durch Erzeugen elektrischer Leistung verschleißfrei abbremsen zu können. Das Vorsehen einer elektrischen Maschine zusätzlich zu dem

hydrodynamischen Retarder hat dabei den Vorteil, dass die verschleißfreie

Bremsleistung über dem gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich optimiert werden kann und ferner die beim Bremsen mit der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Leistung zum Antrieb elektrischer Aggregate genutzt oder in einem elektrischen Speicher gespeichert werden kann, um später zum Antrieb von elektrischen Aggregaten oder des Antriebsstrangs, insbesondere

Kraftfahrzeugantriebsstrangs, verwendet zu werden.

Zum Stand der Technik wird auf die Druckschrift DE 10 2004 055 821 AI verwiesen, welche eine Kombination eines hydrodynamischen Retarders und einer elektrischen Maschine zu einer Bremseinheit offenbart, wobei das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine koaxial zueinander, direkt drehfest aneinander, in axialer Richtung mit Abstand

zueinander, exzentrisch zueinander, über ein Getriebe miteinander verbunden oder auf verschiedenen Wellen nebeneinander angeordnet sind. DE 10 2005 052 121 AI beschreibt einen hydrodynamischen Retarder oder eine hydrodynamische Kupplung mit abbremsbarem Sekundärrad, wobei kraft- und reibschlüssige Bremseinrichtungen, hydraulische Bremssysteme oder

elektrische/elektromagnetische Bremssysteme zur Abbremsung vorgeschlagen werden.

DE 10 2007 038 236 AI beschreibt eine elektrische Maschine, um die

Sekundärseite einer hydrodynamischen Kupplung abzubremsen, wobei die elektrische Maschine auch zum Starten des Verbrennungsmotors oder zum elektrischen Fahren herangezogen wird.

DE 10 2005 039 592 AI beschreibt ein Getriebe mit integrierter elektrischer Maschine und mit einem hydrodynamischen Retarder, wobei die elektrische Maschine den hydrodynamischen Wandler ersetzt.

DE 10 2009 001 146 AI beschreibt einen Sekundärretarder mit koaxial positionierter elektrischer Maschine, wobei der Retarder und die elektrische Maschine insbesondere gemeinsam mittels einer Trennkupplung abgekoppelt werden können.

DE 10 2009 001 147 AI beschreibt einen Sekundärretarder auf einem Hochtrieb des Getriebes und zusätzlich eine als Motor und Generator betreibbare elektrische Maschine auf der Sekundärseite des Getriebes koaxial auf einer

Nebenabtriebswelle. Optional ist der Retarder mittels einer Trennkupplung abkoppelbar. Für die elektrische Maschine kann eine zweite Trennkupplung vorgesehen sein.

DE 10 2004 050 736 AI beschreibt ein Schienenfahrzeug mit zwei gleichwertigen Fahrtrichtungen, bei welchem ein sogenannter Gegen lauf retarder von zwei verschiedenen Radachsen angetrieben wird, der in beide Fahrtrichtungen gleich gute Bremseigenschaften zur Verfügung stellt. Die beiden Schaufelräder des Retarders werden über ein Winkelgetriebe auf den Radachsen angetrieben.

Zugleich ist ein dem Winkelgetriebe parallelgeschaltetes Stirnradgetriebe gezeigt, über welches die Radachsen mit einem Elektromotor angetrieben werden können. Ein Antrieb der Elektromotoren über eine Antriebswelle zum Abbremsen des Fahrzeuges ist nicht vorgesehen, so dass die elektrische Maschine keinen gemeinsamen Leistungseingang mit dem hydrodynamischen Retarder aufweist. Obwohl somit bereits verschiedene Kombinationen einer elektrischen Maschine mit einem Retarder oder verschiedene Möglichkeiten zur Integration einer elektrischen Maschine in ein Getriebe vorgeschlagen wurden, verbleibt bei allen

Antriebssträngen, insbesondere Kraftfahrzeugantriebssträngen, das Problem, dass für die elektrische Maschine und den Leistungszweig, über welchen die elektrische Maschine angetrieben wird, Bauraum erforderlich ist, der den für den

Antriebsstrang insgesamt erforderlichen Bauraum vergrößert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen

Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Retarder und einer elektrischen Maschine anzugeben, der hinsichtlich der Gestaltung des notwendigen Bauraums optimiert ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den

Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind

vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang weist einen hydrodynamischen Retarder und eine elektrische Maschine auf. Der hydrodynamische Retarder umfasst ein angetriebenes Primärrad mit einem Primärradgrundkörper, der eine Vielzahl von Primärradschaufeln aufweist, und ein stationäres oder gegenläufig zum Primärrad angetriebenes Sekundärrad mit einem Sekundärradgrundkörper, der eine Vielzahl von Sekundärradschaufeln aufweist. Das Primärrad und das Sekundärrad stehen sich mit ihren Schaufeln in Axialrichtung, welche der Drehachse zumindest des Primärrades entspricht, derart gegenüber, dass ein torusförmiger Arbeitsraum im Bereich der Schaufeln ausgebildet wird.

Zum Einleiten des Bremsbetriebes kann der Arbeitsraum mit einem

Arbeitsmedium, beispielsweise Öl, Wasser oder einem Wassergemisch, befüllt werden oder permanent befüllt sein, um durch eine hydrodynamische

Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum Drehmoment

hydrodynamisch vom Primärrad auf das Sekundärrad zu übertragen und dadurch das Primärrad hydrodynamisch abzubremsen. Die elektrische Maschine des erfindungsgemäßen Antriebsstranges weist einen angetriebenen Rotor und eine Stator auf, die in elektromagnetischer

Wirkverbindung miteinander stehen, um in einem ersten Zustand elektromotorisch Antriebsleistung aus elektrischer Energie zu erzeugen und in einem zweiten Zustand generatorisch elektrische Energie aus Antriebsleistung zu erzeugen.

Die elektrische Maschine ist insbesondere zusätzlich zu einem Antriebsmotor des Antriebsstranges vorgesehen, welcher Antriebsleistung beispielsweise zum Antrieb von Antriebsrädern bei Nutzung des Antriebsstranges in einem Kraftfahrzeug in den Antriebsstrang einspeist. Der Antriebsmotor kann beispielsweise als

Verbrennungsmotor ausgeführt sein. In der Regel wird die Leistung des

Antriebsmotors größer beziehungsweise erheblich größer als die Leistung der elektrischen Maschine sein. Ferner wird bei einem Kraftfahrzeugantriebsstrang dem Antriebsmotor in der Regel im Antriebsleistungsfluss ein Getriebe,

beispielsweise Automatgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe oder manuelles Schaltgetriebe nachgeschaltet sein, über welches der Antriebsmotor die Antriebsräder antreibt. Der hydrodynamische Retarder und die elektrische Maschine können dann insbesondere gemeinsam auf der Primärseite oder der Sekundärseite des Getriebes positioniert sein, das heißt bezogen auf die Richtung des Antriebsleistungsflusses vom Antriebsmotor über das Getriebe vor dem Getriebe oder hinter dem Getriebe. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, unabhängig von der Ausgestaltung eines Getriebes die elektrische Maschine und den hydrodynamischen Retarder im Hauptzweig des Antriebsleistungsflusses des Antriebsmotors oder in einem Nebenzweig beziehungsweise an einem

Nebenabtrieb des Antriebsmotors zu positionieren.

Das Primärrad des hydrodynamischen Retarders und der Rotor der elektrischen Maschine weisen eine gemeinsame Antriebswelle als Leistungseingang auf. Diese gemeinsame Antriebswelle kann beispielsweise durch einen Nebenabtrieb eines Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere auf der Sekundärseite, jedoch auch auf der Primärseite gebildet werden. Auch eine Nebenabtriebswelle eines

Verbrennungsmotors kommt unter anderem in Betracht, auch PTO (Power Take Off) genannt.

Erfindungsgemäß weist der Rotor der elektrischen Maschine eine Rotorachse auf, die der Drehachse des Rotors entspricht und die senkrecht oder winklig zur Axialrichtung des hydrodynamischen Retarders, somit zur Drehachse des

Primärrades des hydrodynamischen Retarders verläuft.

Beispielsweise kann die gemeinsame Antriebswelle in Richtung der Axialrichtung des hydrodynamischen Retarders, somit in Richtung der Drehachse des

Primärrades, insbesondere fluchtend zu dieser verlaufen. Gemäß einer

vorteilhaften alternativen Ausgestaltung verläuft die gemeinsame Antriebswelle in Richtung der Rotorachse der elektrischen Maschine, insbesondere ebenfalls fluchtend zu dieser. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass die gemeinsame

Antriebswelle oder eine hierzu flüchtend angeordnete Welle das Primärrad des hydrodynamischen Retarders oder den Rotor der elektrischen Maschine trägt. Vorteilhaft trägt die gemeinsame Antriebswelle oder die das Primärrad oder den Rotor tragende Welle ein Zahnrad, das mit einem Ritzel kämmt, das in einer Triebverbindung mit dem Rotor der elektrischen Maschine oder dem Primärrad des hydrodynamischen Retarders steht, je nachdem ob das Primärrad oder der Rotor auf der Welle positioniert ist. Diese Triebverbindung kann beispielsweise eine rein mechanische Triebverbindung sein. Die Triebverbindung kann permanent vorhanden sein oder mittels einer vorgesehenen Trennkupplung abkuppelbar beziehungsweise auftrennbar.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Ritzel, das mit dem Zahnrad auf der gemeinsamen Antriebswelle beziehungsweise der das Primärrad oder den Rotor tragenden Welle kämmt, auf einer Primärradwelle, die das Primärrad trägt, oder einer Rotorwelle, die den Rotor trägt, angeordnet ist.

Beispielsweise können das Zahnrad und das Ritzel jeweils als Kegelrad ausgeführt sein und gemeinsam ein Winkelgetriebe bilden, um die senkrechte oder winklige Anordnung des Rotors der elektrischen Maschine und des Primärrades des hydrodynamischen Retarders zu erreichen.

Ferner ist es möglich, dass an der gemeinsamen Antriebswelle oder auf der gemeinsamen Antriebswelle eine Trennkupplung zum Abkuppeln des Rotors der elektrischen Maschine und des Primärrades des hydrodynamischen Retarders von einem Antriebsleistungsfluss im Antriebsstrang vorgesehen ist. Zusätzlich oder alternativ kommt auch eine andere Position für eine Trennkupplung in Betracht, beispielsweise im Leistungsfluss der Antriebsleistung zum hydrodynamischen Retarder/der elektrischen Maschine vor der gemeinsamen Antriebswelle, insbesondere in einer Abzweigung vom Hauptzweig zu dem Nebenzweig, wenn der hydrodynamische Retarder und die elektrische Maschine in einem solchen Nebenzweig des Leistungsflusses, beispielsweise in einem oder an einem

Fahrzeuggetriebe positioniert sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der oder auf der Primärradwelle und/oder an der oder auf der Rotorwelle eine Trennkupplung für eine

entsprechende Unterbrechung des Leistungsflusses vorgesehen.

Insgesamt können mehrere Trennkupplungen vorgesehen sein, die in Richtung des Antriebsleistungsflusses hintereinander und/oder parallel zueinander positioniert sein können.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang, in welchem der hydrodynamische Retarder und die elektrische Maschine in einem Nebenzweig des Antriebsstranges positioniert sind;

Figur 2 eine mögliche Gestaltung der Kombination aus hydrodynamischem

Retarder und elektrischer Maschine in dem Nebenzweig gemäß der Figur 1;

Figur 3 eine gegenüber der Figur 2 abweichende Positionierung des

hydrodynamischen Retarders und der elektrischen Maschine der Trennkupplung. In der Figur 1 ist ein Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor 1 und einem im Antriebsleistungsfluss dem Antriebsmotor 1 nachgeschalteten Getriebe 2 dargestellt. Das Getriebe 2 weist eine Getriebeeingangswelle 3 und eine

Getriebeausgangswelle 4 auf. An der Getriebeausgangswelle 4 sind über eine zwischengeschaltete mechanische Verbindung, hier beispielsweise in Form der Gelenkwelle 5 und dem Differential 6 von einer Antriebsachse 8 getragene

Antriebsräder 7 mittelbar angeschlossen. Der Weg, den die Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor 1 bis zu den

Antriebsrädern 7 zurücklegt, wird vorliegend als Hauptzweig 9 bezeichnet.

Vom Hauptzweig 9 zweigt an der Getriebeabtriebswelle 4 ein Nebenzweig ab, der eine Übersetzung 11 ins Schnelle aufweist. In diesem Nebenzweig 10 ist eine Kombination aus hydrodynamischem Retarder und elektrischer Maschine angeordnet, vorliegend auf einem sogenannten Nebenabtrieb 12 auf der

Sekundärseite des Getriebes 2.

In der Figur 2 ist eine mögliche erfindungsgemäße Anordnung des

hydrodynamischen Retarders 13 und der elektrischen Maschine 14 auf dem

Nebenabtrieb 12 beziehungsweise dem Anschluss beider Maschinen an einer Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 schematisch dargestellt. Der

hydrodynamische Retarder weist ein Primärrad 13.1 auf, das mit der

Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 umläuft und vorteilhaft koaxial zu dieser positioniert ist. Ferner weist der hydrodynamische Retarder 13 ein Sekundärrad 13.2 auf, das im vorliegenden Fall als Stator ausgeführt ist und somit nicht umläuft.

Primärrad 13.1 und Sekundärrad 13.2 weisen wie üblich jeweils einen Grundkörper mit einer Vielzahl von Schaufeln auf und stehen sich in Axialrichtung des hydrodynamischen Retarders 13 derart gegenüber, dass im Bereich der Schaufeln ein torusförmiger Arbeitsraum ausgebildet wird, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder befüllbar ist, um das Primärrad 13.1 hydrodynamisch abzubremsen. Das Primärrad 13.1 ist auf einer Primärradwelle 17 angeordnet, die beispielsweise koaxial zu der Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 positioniert ist oder durch diese gebildet wird. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Primärradwelle 17 über eine Trennkupplung 16 an der Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 anschließbar oder von dieser trennbar.

Die Primärradwelle 17 trägt ferner ein Zahnrad 19, das mit einem Ritzel 20 kämmt, das auf einer Rotorwelle 21 der elektrischen Maschine 14 vorgesehen ist. Die Rotorwelle 21 trägt den Rotor 14.1 der elektrischen Maschine 14, der dem Stator 14.2 zugeordnet ist und im gezeigten Ausführungsbeispiel in Radialrichtung von diesem umschlossen wird. Das Zahnrad 19 und das Ritzel 20 bilden gemeinsam ein Winkelgetriebe, welches gemäß einer Ausführungsform zugleich eine Übersetzung 15 ins Schnelle darstellt.

Die Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 stellt somit eine gemeinsame

Antriebswelle für den hydrodynamischen Retarder 13 und die elektrische Maschine 14 dar, ebenso die Primärradwelle 17.

Ferner ist ein elektrischer Speicher 18 vorgesehen, der mit dem Stator 14.2 auf geeignete Weise verbunden ist, um die elektrische Maschine 14 in einem motorischen Betrieb zum Antrieb des Antriebsstrangs oder in einem

generatorischen Betrieb angetrieben durch den Antriebsstrang zu betreiben.

Die Trennkupplung 16 könnte auch eingespart werden oder an einer anderen Stelle positioniert sein, beispielsweise auf der oder an der Primärradwelle 17 oder auf der oder an der Rotorwelle 21. Auch wäre es möglich, mehrere Trennkupplungen parallel zueinander und/oder hintereinander vorzusehen.

In der Figur 3 ist exemplarisch eine Trennkupplung 16 im Bereich der Abzweigung des Nebenzweigs 10 vom Hauptzweig 9, hier auf der Getriebeausgangswelle 4 dargestellt, um den gesamten Nebenzweig 10 wahlweise vom Hauptzweig 9 abzukoppeln oder mit diesem zu verbinden. Auch bei dieser Ausführungsform könnte jedoch die Trennkupplung 16 eingespart werden oder an einer anderen Stelle positioniert werden, insbesondere den mit Bezug auf die Figur 2

dargestellten Positionen. Ferner könnten auch hier mehrere Trennkupplungen parallel und/oder seriell zueinander im Leistungsfluss vorgesehen sein,

insbesondere an den genannten Positionen.

Abweichend von der Figur 2 ist ferner bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 3 die Rotorwelle 21 koaxial zur Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 positioniert oder wird durch diese gebildet und trägt das Zahnrad 19. Demgemäß ist das Ritzel 20 auf der Primärradwelle 17, die senkrecht oder winklig zur Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 positioniert ist, angeordnet. Somit stellt die Eingangswelle des Nebenabtriebs 12 und die Rotorwelle 21 eine gemeinsame Antriebswelle für den hydrodynamischen Retarder 13 und die elektrische Maschine 14 dar.

Obwohl in den Figuren 2 und 3 zwei vorzuziehende Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt worden sind, sind andere Formen möglich. Beispielsweise kann anstelle der rechtwinkligen Anordnung der Primärradwelle 17 und der Rotorwelle 21 zueinander eine von 90 Grad abweichende winklige Anordnung vorgesehen sein.