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Konzeptionierung leistungsverzweigter Getriebestrukturen für Hybridfahrzeuge
Dr.-Ing. Hendrik Schröder Technische Universität Braunschweig Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. H.-H. Harms, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert In Anbetracht knapper werdender fossiler Rohstoffe und des gemeinsamen Interesses der Öffentlichkeit, der Fahrzeughersteller und der Politik an einer Reduzierung der durch Kraftfahrzeuge verursachten CO2-Emissionen stellen Hybridfahrzeuge einen wichtigen Schritt bei der Elektrifizierung von Antrieben im Sinne nachhaltiger Lösungen für den Mobilitätsbedarf der wachsenden Weltbevölkerung dar. Eine Ausprägung von Hybridantrieben sind leistungsverzweigte Getriebestrukturen. Verschiedene OEMs, Zulieferunternehmen und Forschungseinrichtungen haben bereits entsprechende Beispiele dieses Typs veröffentlicht. Jedoch wurde kein umfassender, systematischer Ansatz zur Konzeptionierung gezeigt, aus dem je nach Einsatzfall die optimalen Konzepte hervorgehen. Ein innovativer Ansatz hierfür soll in dieser Arbeit aufgezeigt werden. Dazu wird zunächst die große potenzielle Konzeptvielfalt leistungsverzweigter Getriebe in einer Systematik erfasst und mögliche Ausführungsformen der wesentlichen Elemente dieser Strukturen aufgeführt sowie deren Eigenschaften und Vor- und Nachteile erläutert. Es werden zwei repräsentative Beispielanwendungen dargestellt, die in Form eines gering und stark elektrifizierten Antriebs bzgl. der Technologie und des sinnvollen Einsatzzeitpunktes unterschiedliche Anwendungsfälle leistungsverzweigter Getriebe abdecken und anhand derer die Konzeptionierung veranschaulicht wird. Im ersten Schritt der Konzeptfindungsmethode findet eine strukturierte Anforderungsklärung und die Ableitung und Gewichtung von Bewertungskriterien in einem hierarchischen Zielsystem statt. Darauf werden in einer erfinderischen Methode zur Getriebesynthese alle möglichen Ein- und Zweimodusgetriebe mit geringstem Bauteileaufwand sowie eine Auswahl sinnvoller Konzepte mit drei Betriebsmodi hergeleitet. Aufbauend auf einem geschlossenen, alle Strukturen umfassenden Formelwerk werden Methoden und Softwaretools zur Auslegung und Analyse der potenziellen Konzepte entwickelt. Damit erfolgt eine generelle Untersuchung und Auswahl sinnvoller Getriebestrukturen und die Anwendung auf die Beispielkonzepte. Durch eine Konkretisierung der aus der Vorauswahl hervorgegangenen Konzepte sind die Anwendung eines Kostenmodells und die Betrachtung der Alternativen bezüglich strategischer Kriterien möglich. Mit einem neu entwickelten Bewertungs- und Auswahlverfahren werden die potenziell geeigneten Konzepte anhand der Bewertungskriterien verglichen und deren Kosten-Nutzen-Verhältnis zur Entscheidung für die jeweils bestgeeignete Getriebestruktur ermittelt. Damit wird erstmalig eine systematische, ganzheitliche und umfassende Konzeptionierungsmethode leistungsverzweigter Getriebestrukturen aufgezeigt, die es ermöglicht, über eine strukturierte Anforderungsklärung, Synthese, Analyse und Bewertung potenzieller Konzepte die Optimallösung für den jeweiligen Anwendungsfall zu finden. Der Prüfungsausschuss bewertete diese Arbeit mit dem Prädikat „mit Auszeichnung bestanden”. < zurück |
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