DE102007058974B4

DE102007058974B4 - Hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102007058974B4
Application number: DE102007058974.5A
Authority: DE
Inventors: Eberhard PFLUEGER
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2027-12-08
Also published as: DE102007058974A1

Abstract

Hybridgetriebe, mit – einem ersten Teilgetriebe (10), das – ein erstes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (12) aufweist, – ein zweites mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (13) und – ein drittes Antriebs-/Abtriebselement (14), das mit einer ersten elektrischen Maschine (15) drehgekoppelt ist, – einem zweiten Teilgetriebe (11), das – ein viertes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (17) aufweist, – ein fünftes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (18) und – ein sechstes Antriebs-/Abtriebselement (19), das mit einer zweiten elektrischen Maschine (20) drehgekoppelt ist, wobei – das erste mechanische Antriebs-/Abtriebselement (12) mit dem vierten mechanischen Antriebs-/Abtriebselement (17) gekoppelt ist, – das zweite mechanische Antriebs-/Abtriebselement (13) mit dem fünften mechanischen Antriebs-/Abtriebselement (18) gekoppelt ist und – die beiden elektrischen Maschinen (15, 20) von einer Elektronik (37) gesteuert werden, wobei das Hybridgetriebe (1) • in einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert ist, und • über sein erstes Antriebs-/Abtriebselement (17) mit einem Antrieb (5) oder einem Verbrennungsmotor des Antriebsstrangs drehgekoppelt ist und über ein anderes Antriebs-/Abtriebselement (13) mit einer Abtriebsseite (9) des Antriebsstrangs drehgekoppelt ist, und • mindestens eines der beiden Teilgetriebe (10, 11) ein Überlagerungsgetriebe mit drei Antriebs-/Abtriebselementen (12–14; 17–19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe ein erstes Sonnenrad (21) aufweist, das mit einem ersten Antriebs-/Abtriebselement (12, 17) drehkoppelt ist und das mit ersten Planeten (22, 23) kämmt, die in einem Planetenträger (14) gelagert sind, welcher mit dem dritten Antriebs-/Abtriebselement (14, 19) drehgekoppelt ist und die ersten Planeten (22, 23) jeweils mit einem zugeordneten zweiten Planeten (24, 25) kämmen, die ebenfalls in dem Planetenträger (14) gelagert sind und die zweiten Planeten wiederum mit einem zweiten Sonnenrad (26) kämmen, das mit dem zweiten mechanischen Antriebs-/Abtriebselemente (13, 18) drehgekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebegemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Hybridgetriebe ist aus der US 2002/0 045 507 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählt die DE 100 62 556 A1 .
Mit Blick auf steigende Energiekosten werden zunehmend Hybridfahrzeuge entwickelt. Unter einem Hybridfahrzeug wird im Folgenden ganz allgemein ein Fahrzeug verstanden, das einen Primärantrieb, z. B. in Form eines Verbrennungsmotors aufweist und zusätzlich mindestens eine elektrische Maschine, die dazu vorgesehen ist, in Schubphasen des Fahrzeugs Bremsenergie zu rekuperieren und in manchen Betriebszuständen den Primärantrieb elektromotorisch zu unterstützen bzw. ein rein elektrisches Fahren zu ermöglichen. Bei den meisten bekannten Hybridkonzepten wird die in Schubphasen des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine rekuperierte Bremsenergie elektrochemisch in einer Batterie oder elektrostatisch in einer Kondensatoranordnung zwischengespeichert. Für Fahrzeuganwendungen geeignete, langlebige Batterien sind teuer. Im Übrigen treten beim Laden und Entladen der Batterie beträchtliche Energieverluste auf, was den Zusatznutzen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen zumindest teilweise wieder relativiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybridgetriebekonzept zu schaffen, das in vielfältiger Weise einsetzbar ist, insbesondere als System, das eine Rekuperation von Bremsenergie ermöglicht, bzw. als ein in einen Antriebsstrang eines Fahrzeug integrierbares Hybridgetriebe, das eine stufenlose Übersetzungsverstellung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Hybridgetriebe gemäß der Erfindung weist ein erstes und ein zweites Teilgetriebe mit jeweils einer elektrischen Maschine auf. Das erste Teilgetriebe wiederum weist ein erstes und ein zweites mechanisches Antriebs-/Abtriebselement und ein drittes Antriebs-/Abtriebselement auf, wobei das dritte Antriebs-/Abtriebselement mit einer elektrischen Maschine drehgekoppelt ist. Das zweite Hybridteilgetriebe kann im Wesentlichen identisch aufgebaut sein. Es weist ein viertes und ein fünftes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement auf und ein sechstes Antriebs-/Abtriebselement, das mit einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist.
Es sind also stets zwei elektrische Maschinen vorgesehen. Das erste mechanische Antriebs-/Abtriebselement ist kinematisch mit dem vierten mechanischen Antriebs-/Abtriebselement gekoppelt und das zweite mechanische Antriebs-/Abtriebselement ist kinematisch mit dem fünften mechanischen Antriebs-/Abtriebselement gekoppelt. „Gekoppelt” kann z. B. bedeuten, dass die jeweiligen Antriebs-/Abtriebselemente über eine Zahnradstufe, einen Kettentrieb, Riementrieb o. ä. in definierter Weise miteinander drehgekoppelt sind. Je nach Kopplungseinrichtung drehen die miteinander kinematisch gekoppelten Antriebs-/Abtriebselemente der beiden Teilgetriebe in derselben oder in entgegen gesetzter Richtung. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die miteinander gekoppelten Antriebs-/Abtriebselemente nicht unmittelbar miteinander gekoppelt sein müssen, sondern auch über ein oder mehrere „Zwischenelemente” wie z. B. Zahnräder miteinander gekoppelt sein können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die beiden Teilgetriebe jeweils ein Überlagerungsgetriebe auf. Der Begriff „Überlagerungsgetriebe” ist äußerst breit zu verstehen. Grundsätzlich kommen als Überlagerungsgetriebe alle Arten von Verteilergetrieben mit drei „Anschlüssen” in Betracht, wozu grundsätzlich z. B. auch Kegelraddifferentiale zählen.
Das Überlagerungsgetriebe kann z. B. auch durch ein herkömmliches oder modifiziertes Planentengetriebe oder durch ein Stirnrad-Differentialgetriebe gebildet sein. Die Überlagerungsgetriebe der beiden Teilgetriebe können den gleichen Aufbau oder einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Die Überlagerungsgetriebe zeichnen sich jeweils durch drei Antriebs-/Abtriebselemente aus, wobei dem Überlagerungsgetriebe des ersten Teilgetriebes das erste, zweite und dritte Antriebs-/Abtriebselement und dem Überlagerungsgetriebe des zweiten Teilgetriebes das vierte, fünfte und sechste Antriebs-/Abtriebselement zugeordnet ist.
Sofern es sich bei einem oder beiden der Überlagerungsgetriebe um ein Planetengetriebe handelt, können, im Falle eines herkömmlichen Planetengetriebes, die Antriebs-/Abtriebselemente durch das Sonnenrad, den Planetenträger bzw. Steg und das Hohlrad gebildet sein.
Alternativ dazu kann als Überlagerungsgetriebe ein Stirnrad-Differentialgetriebe eingesetzt werden, d. h. ein modifiziertes Planetengetriebe. Ein solches Stirnrad-Differentialgetriebe weist ein erstes Sonnenrad, koaxial dazu angeordnet ein zweites Sonnenrad, erste und zweite Planeten sowie einen Planetenträger auf. Die ersten Planeten kämmen mit dem erstem Sonnenrad und den zugeordneten zweiten Planeten. Die zweiten Planeten wiederum kämmen zusätzlich mit zweitem Sonnenrad. Die ersten Planeten und die zweiten Planeten sind jeweils drehbar in Bezug auf einen ebenfalls wiederum drehbar angeordneten Planetenträger angeordnet. Die Antriebs-/Abtriebselemente eines solchen Stirnrad-Differentialgetriebes sind durch die beiden Sonnenräder und den Planetenträger gebildet.
Die oben beschriebene „Anordnung”, die ganz allgemein als „Hybridgetriebe” bezeichnet wurde, bietet eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten. Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Anordnung als „Bindeglied” zwischen dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs und einer oder mehrerer Schwungmassen, die als mechanische Energiespeicher eingesetzt werden, fungieren.
Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Anordnung unmittelbar in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert sein und als stufenloses Getriebe eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1–6 den Anwendungsfall, bei dem das erfindungsgemäße Hybridgetriebe als kinematisches „Bindeglied” zwischen dem Antriebsstrang eines Fahrzeugs und zwei Schwungmassen eingesetzt wird;
7 den Anwendungsfall „Bindeglied zwischen Antriebsstrang einer Schwungmasse;
8, 9 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Anordnung unmittelbar in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert ist; und
10 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Anordnung ebenfalls unmittelbar in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert ist und zusätzlich eine dritte elektrische Maschine vorgesehen ist.
1 zeigt ein Hybridgetriebe 1 gemäß der Erfindung, mit dem eine erste und eine zweite Schwungmasse 2, 3 drehgekoppelt ist. Das Hybridgetriebe 1 ist über eine Welle 4 kinetisch mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs gekoppelt. Der Antriebsstrang ist hier lediglich schematisiert dargestellt durch die Komponenten „Antrieb” 5, eine Kupplung 6, die zwischen dem Antrieb 5 und einem Getriebe 7 angeordnet ist, und einen mit einer Getriebeausgangswelle 8 verbundenen Abtrieb 9. Bei dem Antrieb 5 kann es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs handeln. Die Kupplung 6 muss nicht unbedingt vorgesehen sein. Bei dem Getriebe 7 kann es sich z. B. um ein Automatikgetriebe, ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe, ein Toroidgetriebe, ein Reibradgetriebe oder um ein andersartiges Getriebe handeln. Die Komponente „Abtrieb” kann durch ein Achsgetriebe bzw. bei einem Allradfahrzeug durch ein Verteilergetriebe und zwei Achsgetriebe gebildet sein.
Der Kern der in der vorliegenden Patentanmeldung beschriebenen Erfindung ist durch den hier als „Hybridgetriebe 1” bezeichneten Teilumfang der in 1 gezeigten Anordnung gebildet. Das Hybridgetriebe 1 dient bei dem in den 1 bis 6 beschriebenen Anwendungsbeispiel als „Bindeglied” zwischen dem hier nur schematisch durch die Komponenten 4–9 angedeuteten Antriebsstrang eines Fahrzeugs und zwei Schwungmassen 2, 3. In Schubphasen des Fahrzeugs kann mittels des Hybridgetriebes 1 kinetische Energie aus dem Antriebsstrang in rotatorische Energie der beiden Schwungmassen 2, 3 umgewandelt werden. In den Schwungmassen 1, 2 kann rotatorische Energie zwischengespeichert werden und bei Bedarf, d. h. bei erneutem Beschleunigen des Fahrzeugs mittels des Hybridgetriebes 1 wieder in den Antriebsstrang eingespeist werden.
Im Folgenden wird der prinzipielle Aufbau des Hybridgetriebes 1 näher erläutert. Das Hybridgetriebe 1 weist ein erstes Teilgetriebe 10 und ein zweites Teilgetriebe 11 auf. Das erste Teilgetriebe 10 weist funktional betrachtet ein erstes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement 12, ein zweites Antriebs-/Abtriebselement 13 und ein drittes Antriebs-/Abtriebselement 14 auf, das mit einem Rotor einer ersten elektrischen Maschine 15 drehgekoppelt ist.
Charakteristisch für das Hybridgetriebe 1 ist, dass die beiden Teilgetriebe 10, 11 jeweils ein Überlagerungsgetriebe aufweisen. Das Überlagerungsgetriebe kann ein Planetengetriebe oder wie bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Stirnrad-Differentialgetriebe 16 bzw. 16' sein, das drei Antriebs-/Abtriebselemente aufweist, nämlich beim ersten Teilgetriebe 10 die Antriebs-/Abtriebselemente 12, 13, 14 bzw. beim zweiten Teilgetriebe 11 ein entsprechendes viertes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement 17, ein fünftes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement 18 und ein sechstes Antriebs-/Abtriebselement 19, das mit einer dem zweiten Teilgetriebe 11 zugeordneten zweiten elektrischen Maschine 20 drehgekoppelt ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Überlagerungsgetriebe der beiden Teilgetriebe 10, 11 baugleich, so dass die Funktion nur einmal anhand des ersten Teilgetriebes 10 erläutert wird.
Mit dem ersten Antriebs-/Abtriebselement 12, das hier durch eine Welle gebildet ist, ist ein erstes Sonnenrad 21 verbunden. Das erste Sonnenrad 21 kämmt mit ersten Planetenrädern 22, 23, die hier drehbar in einem das dritte Antriebs-/Abtriebselement 14 bildenden Planetenträger gelagert sind. Die ersten Planetenräder 22, 23 sind in Umfangsrichtung des Planetenträgers 14 versetzt und kämmen mit zweiten Planetenrädern 24, 25, die ebenfalls drehbar in dem das dritte Antriebs-/Abtriebselement 14 bildenden Planetenträger gelagert sind. Die zweiten Planetenräder 24, 25 kämmen zusätzlich mit einem zweiten Sonnenrad 26, das mit einer das zweite Antriebs-/Abtriebselement 13 bildenden Welle verbunden ist.
Wie bereits erwähnt ist das Umlaufgetriebe des zweiten Teilgetriebes 11 analog aufgebaut und weist dementsprechend ein erstes Sonnenrad 27, das mit dem ersten Antriebs-/Abtriebselement 17 verbunden ist auf, mit dem ersten Sonnenrad 27 kämmenden erste Planetenräder 28, 29, in Umfangsrichtung des Planetenträgers 19 zu den ersten Planetenrädern 28, 29 versetzte und mit den ersten Planetenrädern 28, 29 kämmenden zweite Planetenräder 30, 31 und ein mit dem zweiten Planetenrädern 30, 31 kämmendes zweites Sonnenrad 32.
Wie aus. 1 ersichtlich ist, ist das erste Antriebs-/Abtriebselement 12 des ersten Teilgetriebes 10 über zwei miteinander kämmenden Zahnräder, die im Folgenden als erste Koppelräder 33, 34 bezeichnet werden, mit dem vierten mechanischen Antriebs-/Abtriebselement 17 des zweiten Teilgetriebes 11 drehkoppelt. Die beiden Antriebs-/Abtriebselemente 12, 17 stehen somit stets in einem definierten Drehzahlverhältnis zueinander. Die beiden Antriebs-/Abtriebselemente 12, 17 müssen nicht notwendigerweise 1:1 übersetzt sein, d. h. nicht notwendigerweise mit derselben Drehzahl drehen. Wie aus 1 ersichtlich ist, sitzt das Koppelrad 33 unmittelbar auf der Welle 12 und das Koppelrad 34 unmittelbar auf der Welle 17.
Über ein zweites Koppelradpaar, das hier durch miteinander kämmenden Koppelräder 35, 36 gebildet ist, ist das zweite Antriebs-/Abtriebselement 13 des ersten Teilgetriebes 10 mit dem fünften Antriebs-/Abtriebselement 18 des zweiten Teilgetriebes 11 gekoppelt. Vorzugsweise bilden die Koppelräder 35, 36 eine 1:1 Übersetzung, wodurch sichergestellt ist, dass die Antriebs-/Abtriebselemente 13, 18 und die damit gekoppelten Schwungräder 2 bzw. 3 exakt mit derselben Drehzahl aber in unterschiedlicher Drehrichtung drehen. Dadurch ist sichergestellt, dass sich bei einer Bewegung des Fahrzeugs von den Schwungmassen 2, 3 ausgeübte Kreiselmomente gegenseitig aufheben.
Schließlich sei noch auf eine Leistungselektronik 37 hingewiesen, welche die beiden Elektromaschinen 15, 20 in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustands des Fahrzeugs als Elektromotor oder als Generator ansteuert.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der durch die Komponenten 4–9 hier nur schematisiert dargestellte Antriebsstrang mit dem Koppelrad 34 bzw. mit dem vierten Antriebs-/Abtriebselement 17 drehgekoppelt. Alternativ dazu könnte der Antriebsstrang auch mit dem ersten Koppelrad 33 bzw. dem ersten Antriebs-/Abtriebselement 12 drehgekoppelt sein.
Die in 1 gezeigte Anordnung ist in 2 noch stärker abstrahiert dargestellt. Ganz deutlich wird, dass das Hybridgetriebe 1 hier ein kinematisches Bindeglied zwischen dem durch die Komponenten 5, 7, 9 angedeuteten Antriebsstrang des Fahrzeugs und einem durch die Schwungmassen 2, 3 gebildeten mechanischen Energiespeicher bildet, in dem rekuperierte Bremsenergie mechanisch zwischengespeichert werden kann.
3 zeigt einen Zustand, in dem das Fahrzeug beschleunigt aber keine Energie in die Schwungmassen 2, 3 fließt und auch keine Energie aus den Schwungmassen 2, 3 abgezogen wird. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs steigt die Antriebsdrehzahl und die Drehzahl am Abtrieb. Die Leistungselektronik 37 des Hybridgetriebes 1 steuert die beiden Elektromaschinen 15, 20 so an, dass trotz der steigenden Drehzahl an der Welle 4 (vgl. 1) die Drehzahlen der Antriebs-/Abtriebselemente 13 und 18 und somit die Drehzahlen der Schwungmassen 2, 3 unverändert bleiben. Das Hybridgetriebe 1 verhält sich somit in Bezug auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs passiv, was bedeutet, dass dem Antriebsstrang keine nennenswerte oder nur eine sehr geringe, für das Beschleunigen einzelner Komponenten des Hybridgetriebes 1 erforderliche Leistung entzogen wird.
Prinzipiell wäre es auch denkbar, zwischen dem Antriebsstrang und dem Hybridgetriebe 1, z. B. auf der Welle 4 eine zusätzliche Kupplung vorzusehen, so dass das Hybridgetriebe 1 völlig vom Antriebsstrang entkoppelt werden kann.
4 beschreibt den Betriebszustand „rekuperieren”. Das Fahrzeug befindet sich also im Schubbetrieb. Der Antrieb 5, der z. B. durch den Verbrennungsmotor gebildet ist, kann entweder durch Öffnen der Kupplung 6 abgekoppelt werden oder er wird, wie dies bei den meisten herkömmlichen Fahrzeugen im Schubbetrieb der Fall ist, vom Fahrzeug mitgedreht. Im Schubbetrieb sinkt die Drehzahl am Abtrieb 9. Über das Getriebe 7 und die Welle 4 wird kinetische Energie des Fahrzeugs in das Hybridgetriebe 1 eingespeist. Die Leistungselektronik 37 steuert die beiden Elektromaschinen 15, 20 so an, dass eine der beiden Maschinen, hier die Elektromaschine 15, als Generator und die andere Elektromaschine, hier die Elektromaschine 20, als Elektromotor arbeitet. Dadurch wird erreicht, dass die beiden Teilgetriebe 16, 16' Drehmoment an die Antriebs-/Abtriebselemente 13, 18 (vgl. 1) und somit an die Schwungmassen 2 bzw. 3 übertragen, deren Drehzahlen folglich ansteige. Kinetische Energie des Fahrzeugs wird somit in einer Schubphase des Fahrzeugs in rotatorische Schwungmassenenergie umgewandelt.
5 zeigt den Betriebszustand „Boosten ohne Antrieb”, was bedeutet, dass der z. B. durch einen Verbrennungsmotor gebildete Antrieb vom Antriebsstrang durch Öffnen der Kupplung 6 abgekoppelt ist und das Fahrzeug durch die in den beiden Schwungmassen 2, 3 gespeicherte Energie beschleunigt wird. Die Leistungselektronik 37 steuert die beiden Elektromaschinen 15, 20 dabei so an, dass die Verteilergetriebe bzw. Teilgetriebe 16, 16' Drehmoment von den Schwungmassen 2, 3 auf die Welle 4 (vgl. 1) übertragen und somit in den Schwungmassen 2, 3 gespeicherte Energie in den Antriebsstrang eingespeist wird, wodurch die Drehzahl am Abtrieb 9 steigt.
6 zeigt den Betriebszustand „Boosten mit Antrieb”. Das Fahrzeug wird hierbei durch die in den Schwungmassen 2, 3 gespeicherte Energie und gleichzeitig durch Befeuerung des Primärantriebs 5, d. h. maximal beschleunigt.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das in den 1–6 beschriebene Hybridgetriebe 1 nicht notwendigerweise einen elektrischen Energiespeicher benötigt. Die Leistungselektronik 37 steuert die elektrischen Maschinen 15, 20 stets so an, das eine der beiden Maschinen als Generator und die andere als Elektromotor arbeitet, wobei die von der einen Elektromaschine erzeugte elektrische Leistung unmittelbar in die als Motor arbeitenden elektrische Maschine eingespeist wird. Wirkungsgradverluste durch Laden bzw. Entladen einer Batterie, wie sie bei herkömmlichen Hybridfahrzeugen auftreten, können somit prinzipiell vermieden werden.
7 zeigt eine Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zu 1 ist hier nur eine einzige Schwungmasse 2 vorgesehen. Hinsichtlich der Funktionalität bestehen keine Unterschiede. Der einzige Unterschied gegenüber dem in den 1–6 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist darin zu sehen, dass bei einer Bewegung des Fahrzeugs die Schwungmasse 2 ein Kreiselmoment ausübt, was in Abhängigkeit vom Massenträgheitsmoment der Schwungmasse 2 und deren Drehzahl Einfluss auf das Fahrverhaltendes Fahrzeugs haben kann.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Hybridgetriebe 1 in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert ist. Eines der beiden Antriebs-/Abtriebselemente des Hybridgetriebes 1, hier das Antriebs-/Abtriebselement 34, ist über die Welle 4 mit einem Antrieb 5, der z. B. durch einen Verbrennungsmotor gebildet sein kann, gekoppelt. Eines der beiden Antriebs-/Abtriebselemente 35, 36, hier das Antriebs-/Abtriebselement 35, ist mit dem Abtrieb gekoppelt.
Wie aus 9 ersichtlich ist, kann mittels des Hybridgetriebes 1 ein stufenloses Getriebe dargestellt werden, das im Unterschied zu Reibrad- bzw. Umschlingungsgetrieben einen wesentlich besseren Wirkungsgrad aufweist. In 9 ist die Anordnung der 8 weiter abstrahiert dargestellt. Wie aus 9 ersichtlich ist, kann ein Teil der vom Antrieb gelieferten Antriebsleistung mittels des Teilgetriebes 16' und der daran gekoppelten Elektromaschine 20 in elektrische Leistung umgewandelt werden. Die von der elektrischen Maschine 20 gelieferte elektrische Leistung wird unmittelbar, d. h. nicht über eine Batterie, der elektrischen Maschine 15 zugeführt, die dann als Elektromotor arbeitet. Die Leistungselektronik stellt die Drehzahl der elektrischen Maschine 15 so ein, dass sich aus der Überlagerung der Drehzahl der elektrischen Maschine 15 und des Antriebs-/Abtriebselement 12 (vgl. 1) eine gewünschte Drehzahl am Abtrieb, der, wie am besten aus 8 ersichtlich ist, durch das Antriebs-/Abtriebselement 13 gebildet ist, einstellt.
Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist das Hybridgetriebe ebenfalls in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert und zur Darstellung eines stufenlosen Getriebes vorgesehen, analog wie beim Ausführungsbeispiel der 8 und 9. Zusätzlich ist hier zwischen dem Antrieb 5 und dem Koppelrad 34, über das das Hybridgetriebe 1 mit dem Antrieb 5 kinematisch verbunden ist, eine dritte elektrische Maschine 38 und zwischen dem Antrieb 5 und der elektrischen Maschine 38 optional eine Kupplung 39 angeordnet. Die elektrische Maschine 38 steht über die Leistungselektronik 37 mit einem elektrischen Energiespeicher 40, bei dem es sich z. B. um eine Batterie oder eine Kondensatoranordnung handeln kann, in, Verbindung. Ähnlich wie bei herkömmlichen Parallelhybridanordnungen kann dem vom Antrieb 5 gelieferten Drehmoment ein von der elektrischen Maschine 38 geliefertes Drehmoment überlagert werden. Umgekehrt kann im Schubbetrieb kinetische Energie des Fahrzeugs rekuperiert werden, wobei die elektrische Maschine 38 dann generatorisch arbeitet und die rekuperierte Energie in Form elektrischer Leistung in den elektrischen Speicher 40 einspeist wird.

Claims

Hybridgetriebe, mit – einem ersten Teilgetriebe (10), das – ein erstes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (12) aufweist, – ein zweites mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (13) und – ein drittes Antriebs-/Abtriebselement (14), das mit einer ersten elektrischen Maschine (15) drehgekoppelt ist, – einem zweiten Teilgetriebe (11), das – ein viertes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (17) aufweist, – ein fünftes mechanisches Antriebs-/Abtriebselement (18) und – ein sechstes Antriebs-/Abtriebselement (19), das mit einer zweiten elektrischen Maschine (20) drehgekoppelt ist, wobei – das erste mechanische Antriebs-/Abtriebselement (12) mit dem vierten mechanischen Antriebs-/Abtriebselement (17) gekoppelt ist, – das zweite mechanische Antriebs-/Abtriebselement (13) mit dem fünften mechanischen Antriebs-/Abtriebselement (18) gekoppelt ist und – die beiden elektrischen Maschinen (15, 20) von einer Elektronik (37) gesteuert werden, wobei das Hybridgetriebe (1) • in einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert ist, und • über sein erstes Antriebs-/Abtriebselement (17) mit einem Antrieb (5) oder einem Verbrennungsmotor des Antriebsstrangs drehgekoppelt ist und über ein anderes Antriebs-/Abtriebselement (13) mit einer Abtriebsseite (9) des Antriebsstrangs drehgekoppelt ist, und • mindestens eines der beiden Teilgetriebe (10, 11) ein Überlagerungsgetriebe mit drei Antriebs-/Abtriebselementen (12–14; 17–19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe ein erstes Sonnenrad (21) aufweist, das mit einem ersten Antriebs-/Abtriebselement (12, 17) drehkoppelt ist und das mit ersten Planeten (22, 23) kämmt, die in einem Planetenträger (14) gelagert sind, welcher mit dem dritten Antriebs-/Abtriebselement (14, 19) drehgekoppelt ist und die ersten Planeten (22, 23) jeweils mit einem zugeordneten zweiten Planeten (24, 25) kämmen, die ebenfalls in dem Planetenträger (14) gelagert sind und die zweiten Planeten wiederum mit einem zweiten Sonnenrad (26) kämmen, das mit dem zweiten mechanischen Antriebs-/Abtriebselemente (13, 18) drehgekoppelt ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Überlagerungsgetriebe (10, 11) ein Planetengetriebe ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Abtriebselemente (12–14; 17–19) des Planetengetriebes durch ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetenträger des Planetenträgers gebildet sind.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebs-/Abtriebselement mit dem vierten Antriebs-/Abtriebselement drehgekoppelt ist.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebs-/Abtriebselement (13) das fünfte Antriebs-/Abtriebselement (18) miteinander drehgekoppelt ist.
Hybridgetriebe nach einem Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander drehgekoppelten Antriebs-/Abtriebselemente jeweils über eine Zahnradstufe (33, 34; 35, 36) miteinander drehgekoppelt sind und somit stets gegensinnig zueinander drehen.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine drehbar angeordnete Schwungmasse (2, 3) zur Speicherung kinetischer Energie vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Schwungmasse (2, 3) mit einem der Antriebs-/Abtriebselemente (13, 18) drehgekoppelt ist.
Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass genau eines der Antriebs-/Abtriebselemente (17) des Hybridgetriebes (1) mit einem Antriebsstrang (4–9) eines Fahrzeugs gekoppelt ist.