ecvt

Ausgangssituation

Durch immer strengere Gesetzgebungen der Schadstoff- und Lärmemissionen moderner Fahrzeuge ist nicht nur der Individualverkehr betroffen, sondern auch die aktuellen Lösungen im Bereich der Kommunal- und Einsatzfahrzeuge. Zur Erreichung bester Funktionalität im Transport- und Arbeitseinsatz haben sich in den letzten Jahren vor allem im Bereich landwirtschaftlich genutzter Fahrzeuge Stufenlosgetriebe (CVT Getriebe – Continuously Variable Transmissions) auf Basis hydrostatisch-mechanischer Leistungs¬verzweigung etabliert.

In diesen Stufenlosgetrieben wird die Antriebsleistung von einer Verbrennungskraftmaschine (VKM) in einen mechanischen und einen hydrostatischen Pfad aufgespalten, der mechanische Leistungspfad wird in mehreren Gangstufen untersetzt und am Getriebeausgang über ein Planetengetriebe wiederum überlagert. Dies ermöglicht einerseits hohe Getriebespreizungen und andererseits hohe Abtriebsmomente bei überschaubaren hydrostatischen Variatorgrößen (Kombination aus Hydropumpe und Hydromotor). Stufenlosgetriebe haben sich in landwirtschaftlichen Maschinen durchgesetzt, weil die Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig von der Drehzahl der VKM geregelt werden kann. Somit können Anbaugeräte mit hohem Leistungsbedarf bei hoher VKM-Drehzahl betrieben werden und gleichzeitig kann die Fahrzeuggeschwindigkeit optimal auf den jeweiligen Arbeitsprozess eingestellt werden (z.B. Schnee fräsen).

Motivation

Ein Problem dieser hydrostatisch-mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe ist jedoch die Effizienz bzw. ökologische Bilanz vor allem in Teillastbereichen. Die hydrostatischen Variatoren sind sehr robust und lastfähig, allerdings sind parasitäre Verluste immer vorhanden, welche die Effizienz des Gesamtsystems beeinflussen und vor allem in Teillastbereichen zu geringen Wirkungsgraden und hohen Emissionswerten der VKM führen.

Ziel

Ziel dieses Projektes ist es daher, in einem bestehenden Getriebe die hydraulische Variatoreinheit durch zwei elektrische Maschinen zu ersetzen. Zwei hochkompakte, innovative und kostengünstige elektrische Antriebe werden im Generator- und Motorbetrieb eingesetzt. Durch die Verbindung der VKM mit den elektrischen Maschinen und einem Batteriespeicher kann ein Downsizing der VKM erreicht werden. Die eCVT-Einheit bietet größere Flexibilität, ermöglicht kurzfristige Überlast und erlaubt eine Rekuperation der kinetischen Energie beim Bremsen.

Alle Komponenten werden spezifisch entwickelt, gefertigt und zusammengebaut. Um die Kühlung der elektrischen Einheiten zu gewährleisten, wird zusätzlich ein Gehäuse mit entsprechend innovativem Kühlsystem entwickelt. Neben einem Funktionstest der einzelnen Komponenten wird ihre Eignung durch Simulation der Einsatzfälle in einem Referenzfahrzeug abgesichert.

Nach dem Zusammenbau werden die Komponenten am Prüfstand und in einem Versuchsfahrzeug erprobt, um eine umfangreiche Bewertung von Hardware und komplexer Steuerung zu ermöglichen.

Die zu erwartenden Ergebnisse dieses Forschungsprojektes umfassen eine Reduktion des Treibstoffverbrauches und somit Schadstoffemissionen sowie verringerte bzw. minimale akustische Emissionen im Batterie- und Elektrohybridbetrieb bei gleichbleibender Fahrzeug-Performance.