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Die Erfindung betrifft eine Achskonstruktion, vorzugsweise eine Durchtriebsachse, für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus.
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Im Stand der Technik sind Nutzfahrzeuge bekannt, die ausschließlich verbrennungsmotorisch angetrieben werden. Im Stand der Technik sind ferner Hybrid-Nutzfahrzeuge bekannt, die nicht nur verbrennungsmotorisch, sondern auch elektromotorisch angetrieben werden. Die Integration eines Elektroantriebs in ein zudem verbrennungsmotorisch angetriebenes Nutzfahrzeug ist mitunter deshalb aufwendig und kostspielig, weil zur Integration des Elektroantriebs üblicherweise von Standardbauteilen abgewichen werden muss und somit neue, spezielle Konfigurationen erforderlich werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, mittels der eine einfache Hybridisierung eines Nutzfahrzeug-Antriebsstrangs geschaffen werden kann.
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Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsform der Erfindung entnommen werden.
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Die Erfindung betrifft die allgemeine technische Lehre, eines der Anschlussmittel eines Durchtriebs einer Achskonstruktion, z. B. einer im Wesentlichen herkömmlichen Durchtriebsachse, zur Hybridisierung eines Nutzfahrzeug-Antriebsstrangs und/oder zum Verbinden mit einer Elektromaschine (z. B. einem Elektromotor) zu nutzen.
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Eine herkömmliche Durchtriebsachse findet normalerweise Anwendung bei einem Doppelachsaggregat, z. B. einer Tandemachse. Bei einem Doppelachsaggregat ist eine der Durchtriebsachse nachgeordnete zweite Achse über einen Durchtrieb der Durchtriebsachse antreibbar. Das vordere Anschlussmittel des Durchtriebs ist über eine Gelenkwelle mit dem Getriebe und/oder dem Verbrennungsmotor des Nutzfahrzeugs verbunden und das hintere Anschlussmittel ist über eine Gelenkwelle mit der zweiten Achse verbunden. Der Leistungsfluss stellt sich wie folgt dar: Von einem Verbrennungsmotor erzeugte mechanische Leistung wird über ein Schaltgetriebe und eine Antriebswelle an ein erstes Anschlussmittel der Durchtriebsachse übertragen. Für den Antrieb der Durchtriebsachse wird Drehmoment z. B. über eine Stirnradstufe abgegriffen und über ein Differenzial an die Räder der Durchtriebsachse geleitet. Der Rest des Antriebsmoments wird über den Durchtrieb der Durchtriebsachse zur zweiten Achse geleitet, um über ein Differenzial die Räder der zweiten Achse anzutreiben.
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Die Achse, der Durchtrieb und die zwei Anschlussmittel, die weiter unten mit Bezug auf die erfindungsgemäße Achskonstruktion beschrieben sind, können vorzugsweise als im Wesentlichen herkömmliche Durchtriebsachse ausgeführt sein, so dass die Beschreibung einer herkömmlichen Durchtriebsachse sinngemäß ebenso für die Erfindung anwendbar ist.
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Die Erfindung schafft eine Achskonstruktion, vorzugsweise eine Durchtriebsachse, für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug, z. B. einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus.
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Die Achskonstruktion umfasst eine mit einem Durchtrieb versehene Achse. Der Durchtrieb ist mit einem ersten Anschlussmittel und einem zweiten Anschlussmittel (z. B. Anschlussflansche) versehen. Zweckmäßig kann das erste Anschlussmittel über einen Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs und/oder ein Schaltgetriebe des Nutzfahrzeugs angetrieben werden. Die Achskonstruktion zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass an das zweite Anschlussmittel eine Elektromaschine (z. B. ein Elektromotor) mittelbar oder unmittelbar angeschlossen ist. Der Durchtrieb kann somit genutzt werden, um die Achskonstruktion oder das Nutzfahrzeug mittels des Antriebsmotors als auch mittels der Elektromaschine antreiben zu können.
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Die Achse, der Durchtrieb und die zwei Anschlussmittel können vorzugsweise als im Wesentlichen herkömmliche Durchtriebsachse ausgeführt sein. Zu erwähnen ist allerdings, dass herkömmliche Durchtriebsachsen normalerweise ein Längsdifferenzial aufweisen, um einen Drehzahlausgleich zwischen der Durchtriebsachse und der nachgeordneten zweiten Achse zu ermöglichen. Im Rahmen der Erfindung kann dieses Längsdifferenzial vorzugsweise entfernt oder gesperrt sein.
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Es ist möglich, dass die Elektromaschine über eine Gelenkwelle mit dem zweiten Anschlussmittel verbunden ist. Die Gelenkwelle kann insbesondere die durch ein Aus- und Einfedern bedingte Abstandsänderung zwischen dem zweiten Anschlussmittel und der Elektromaschine kompensieren. Die Elektromaschine kann somit z. B. an einem Rahmen des Nutzfahrzeugs montiert werden und/oder muss nicht mitgefedert werden. Um zweckmäßig den axialen Bauraum zu reduzieren, kann die Elektromaschine allerdings auch gelenkwellenfrei mit dem zweiten Anschlussmittel verbunden werden.
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Der Elektromaschine kann eine Getriebestufe vorgeschaltet sein, die zweckmäßig zwischen dem zweiten Anschlussmittel und der Elektromaschine angeordnet ist. Die Getriebestufe kann z. B. als Planetensatz oder Stirnradstufe ausgeführt werden.
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Es ist möglich, dass die Elektromaschine zumindest teilweise in einem Gehäuse untergebracht ist und der Durchtrieb und/oder das zweite Anschlussmittel zumindest teilweise in einem Gehäuse untergebracht ist und die zwei Gehäuse vorzugsweise direkt miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist hier der geringe axiale Bauraum, da keine Gelenkwelle erforderlich ist. Dadurch kann der notwendige Rahmenüberhang des Nutzfahrzeugs minimiert werden. Ebenso ist möglich, dass die Elektromaschine und der Durchtrieb und/oder das zweite Anschlussmittel zumindest teilweise in ein und demselben Gehäuse untergebracht sind.
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Die Elektromaschine kann über das zweite Anschlussmittel zweckmäßig zum Aufladen ihres Energiespeichers generatorisch betrieben werden, z. B. durch Leistungszufuhr über die Räder der Achse und/oder den Antriebsmotor des Nutzfahrzeugs. Alternativ oder ergänzend kann die Elektromaschine über das zweite Anschlussmittel zweckmäßig zum Antreiben der Achse oder allgemein des Nutzfahrzeugs motorisch betrieben werden. Die Elektromaschine kann insbesondere zum Rekuperieren und Boosten genutzt werden.
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Das erste Anschlussmittel ist z. B. über eine Antriebswelle vorzugsweise mit einem dem Antriebsmotor nachgeschalteten Schaltgetriebe verbunden.
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Es ist möglich, dass die Drehzahl der Elektromaschine an die Antriebsdrehzahl des Schaltgetriebes gekoppelt ist.
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Die Verbindung zwischen dem zweiten Anschlussmittel und der Elektromaschine ist vorzugsweise längsdifferenzialfrei oder mit gesperrten Längsdifferenzial ausgeführt.
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Es ist möglich, dass der Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor (z. B. ein Dieselmotor) zweckmäßig zum Antreiben der Achse der Achskonstruktion oder des Nutzfahrzeugs ist und/oder die Elektromaschine ein Elektromotor zweckmäßig zum Antreiben der Achse der Achskonstruktion oder des Nutzfahrzeugs ist.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Achskonstruktion beschränkt, sondern umfasst auch ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus, mit einer Achskonstruktion wie hierin beschrieben.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
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1 zeigt eine Achskonstruktion für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 zeigt eine Achskonstruktion für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
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3 zeigt eine Achskonstruktion für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung und
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4 zeigt eine Achskonstruktion für einen Antriebsstrang für ein Nutzfahrzeug gemäß Stand der Technik.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der Erfindung stimmen teilweise überein, so dass für identische oder ähnliche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die Erfindung beruht auf der allgemeinen technischen Lehre, eine Durchtriebsachse zur Hybridisierung eines Nutzfahrzeugs-Antriebsstrangs zu nutzen, anstatt wie üblich zum Antreiben einer hinteren Achse eines Doppelachsaggregats (z. B. einer Tandemachse). Unter Bezugnahme auf die 4 wird zunächst die Funktionsweise einer Durchtriebsachse und eines mit einer Durchtriebsachse versehenen Antriebsstrangs beschrieben.
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4 zeigt eine herkömmliche Durchtriebsachse 10 eines Antriebsstrangs 20' für ein Nutzfahrzeug. Die Beschreibung der Durchtriebsachse 10' gilt sinngemäß ebenso für die erfindungsgemäße Achskonstruktion 10.
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Die Durchtriebsachse 10' umfasst eine Achse 1' und einen Durchtrieb 2' mit einem ersten Anschlussmittel 3' und einem zweiten Anschlussmittel 4'. Die Durchtriebsachse 10' ist Teil eines Doppelachsaggregats. Das Doppelachsaggregat wird durch die Durchtriebsachse 10' und eine zweite, der Durchtriebsachse 10' nachgeordnete Achskonstruktion 11' gebildet. Der Durchtrieb 2' ist über das zweite Anschlussmittel 4' und ein Längsdifferenzial mit der zweiten Achskonstruktion 11 verbunden. Das erste Anschlussmittel 3' ist mit einem Verbrennungsmotor 5' über ein Schaltgetriebe 6' und eine Antriebswelle 7' verbunden.
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Der Leistungsfluss oder die Funktionsweise der Durchtriebsachse 10 und des Antriebsstrangs 20' stellt sich im Wesentlichen wie folgt dar: Die von dem Verbrennungsmotor 5' erzeugte mechanische Leistung wird über das Schaltgetriebe 6' mittels der Antriebswelle 7' an das erste Anschlussmittel 3' des Durchtriebs 2' übertragen. Für den Antrieb der Durchtriebsachse 10' wird Drehmoment zweckmäßig über eine Stirnradstufe abgegriffen und über ein Differenzial 9' der Achse 1' an die Räder der Durchtriebsachse 10' geleitet. Der Rest des Antriebsdrehmoments wird über den Durchtrieb 2', insbesondere das zweite Anschlussmittel 4', zur zweiten Achskonstruktion 11' geleitet und treibt über ein Differenzial die Räder der zweiten Achskonstruktion 11' an. Die Durchtriebsachse 10' und die zweite Achskonstruktion 11' sind über ein Längsdifferenzial miteinander verbunden, das einen Drehzahlausgleich zwischen der Durchtriebsachse 10' und der zweiten Achskonstruktion 11' ermöglicht.
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1 zeigt eine Achskonstruktion 10 für einen Antriebsstrang 20 für ein Nutzfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Achskonstruktion 10 entspricht teilweise der Durchtriebsachse 10' aus 4. Zu der in 4 dargestellten Ausführungsform identische oder gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, allerdings ohne Apostroph.
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Die Achskonstruktion 10 umfasst eine mit einem Durchtrieb 2 und einem Differential 9 versehene Achse 1. Der Durchtrieb 2 umfasst ein erstes vorderes Anschlussmittel 3 und ein zweites hinteres Anschlussmittel 4. Das erste Anschlussmittel 3 ist mit einem Verbrennungsmotor 5 zum Antreiben des Nutzfahrzeugs verbunden und zwar über ein Schaltgetriebe 6 und eine Antriebswelle 7. Das zweite Anschlussmittel 4 ist mit einer Elektromaschine, insbesondere einem Elektromotor 8 verbunden. Die Elektromaschine 8 ist über eine Gelenkwelle 12 mit dem zweiten Anschlussmittel 4 verbunden und kann z. B. an einem Rahmen des Nutzfahrzeugs montiert sein.
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Aus 1 ergibt sich, dass die Elektromaschine 8 zum Antreiben der Durchtriebsachse 10 oder allgemein des Antriebsstrangs 20 oder des Nutzfahrzeugs motorisch betrieben werden kann und zum Aufladen ihres Energiespeichers generatorisch betrieben werden kann, z. B. indem Leistung über die Räder der Durchtriebsachse 10 und/oder Leistung aus dem Verbrennungsmotor 5 zur Elektromaschine 8 fließen. Die Elektromaschine 8 kann somit zum Rekuperieren und Boosten genutzt werden.
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Die Drehzahl der Elektromaschine 8 ist an die Drehzahl des Schaltgetriebes 6 gekoppelt, insofern ein Längsdifferenzial zwischen dem zweiten Anschlussmittel 4 und der Elektromaschine 8 gesperrt oder entfernt ist. Vorteilhaft an der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die einfache Umsetzung eines Hybridantriebs, da die Integration der Elektromaschine 8 durch ein Standardbauteil in Form einer quasi herkömmlichen Durchtriebsachse 10 bzw. 10' realisiert werden kann. Der Änderungsaufwand am Antriebsstrang 20 oder allgemein am Gesamtfahrzeug ist dadurch relativ gering.
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In 1 ist das zweite Anschlussmittel 4 über die Gelenkwelle 12 mit der Elektromaschine 8 verbunden. Das hat den Vorteil, dass die Elektromaschine 8 an einem Nutzfahrzeug-Rahmen befestigt werden kann, weil die Gelenkwelle 12 durch das Ein- und Ausfedern bedingte Abstandsänderungen zwischen der Elektromaschine 8 und dem zweiten Anschlussmittel 4 kompensieren kann. Die Elektromaschine 8 muss hierbei nicht mitgefedert werden.
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2 zeigt eine Achskonstruktion 10 eines Antriebsstrangs 20 für ein Nutzfahrzeug gemäß einer anderen Ausführungsform. Eine Besonderheit dieser Ausführungsform ist, dass das Gehäuse, in dem die Elektromaschine 8 aufgenommen ist, direkt an das Gehäuse 13 gekoppelt ist, das zumindest teilweise den Durchtrieb 2 aufnimmt, insbesondere das zweite Anschlussmittel 4. Hierbei ist insbesondere der geringe axiale Bauraum vorteilhaft, weil keine Gelenkwelle benötigt wird. Dadurch kann ferner z. B. der erforderliche Rahmenüberhang des Nutzfahrzeugs minimiert werden.
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3 zeigt eine Achskonstruktion 10 eines Antriebsstrangs 20 für ein Nutzfahrzeug gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform. Soll die Elektromaschine 8 mit einem relativ geringen maximalen Drehmoment betrieben werden, somit kleinere oder schwächere Elektromaschinen 8 verwendet werden, kann der Elektromaschine 8 eine Getriebestufe 14 vorgeschaltet werden. Die Übersetzung kann z. B. durch einen Planetensatz oder eine Stirnradstufe realisiert werden. Bei der Verwendung einer Stirnradstufe kann durch den Achsversatz eine höhere Anbringung der Elektromaschine 8 ermöglicht werden.
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Die Antriebsmaschine 8 kann im Rahmen der Erfindung somit mittelbar oder unmittelbar mit dem zweiten Anschlussmittel 4 verbunden sein.
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Zu erwähnen ist noch, dass die Erfindung nicht auf quasi herkömmliche Durchtriebsachsen beschränkt ist, sondern allgemein Achskonstruktionen mit einem Durchtrieb umfasst.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche, unabhängig von den in Bezug genommenen Merkmalen und Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse
- 2
- Durchtrieb
- 3
- Erstes Anschlussmittel (Anschlussflansch)
- 4
- Zweites Anschlussmittel (Anschlussflansch)
- 5
- Antriebsmotor
- 6
- Schaltgetriebe
- 7
- Antriebswelle
- 8
- Elektromaschine
- 9
- Differential
- 10
- Achskonstruktion
- 11
- Zweite Achskonstruktion
- 12
- Gelenkwelle
- 13
- (Durchtriebs-)Gehäuse
- 14
- Getriebestufe
- 20
- Antriebsstrang