DE102009025094A1 - Getriebeeinheit und elektrische Ergänzungseinheit - Google Patents
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Abstract
Eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug besitzt ein Eingangselement und ein Wechselgetriebe, welches einen ersten Getriebezweig, einen zweiten Getriebezweig und ein gemeinsames Ausgangselement aufweist. Die Getriebeeinheit umfasst ferner ein wenigstens dreigliedriges Planetengetriebe, eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine. Ein erstes Glied des Planetengetriebes ist mit dem Eingangselement der Getriebeeinheit antriebsverbunden. Ein zweites Glied des Planetengetriebes ist mit der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Getriebezweig antriebsverbunden. Ein drittes Glied des Planetengetriebes ist mit der zweiten elektrischen Maschine und dem zweiten Getriebezweig antriebsverbunden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine elektrische Ergänzungseinheit mit einem Wechselgetriebe gekoppelt werden, um eine derartige Getriebeeinheit zu bilden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Eingangselement und einem Wechselgetriebe, wobei das Wechselgetriebe einen ersten Getriebezweig, einen zweiten Getriebezweig und ein gemeinsames Ausgangselement aufweist. Das Eingangselement der Getriebeeinheit ist typischerweise mit einer Verbrennungskraftmaschine antriebsverbunden. Das Ausgangselement des Wechselgetriebes ist üblicherweise mit einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs antriebsverbunden, beispielsweise mit einem Differentialgetriebe der Vorderachse oder der Hinterachse. Sofern aufgrund eines jeweiligen Gangstufenwechsels innerhalb des Wechselgetriebes ein über das Eingangselement eingeleitetes Antriebsmoment abwechselnd über den ersten Getriebezweig und den zweiten Getriebezweig geführt wird, gestattet eine derartige Getriebeeinheit ein im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfreies Schalten. Sofern den beiden Getriebezweigen hierfür eine jeweilige Reibungskupplung zugeordnet ist, sind derartige Getriebeeinheiten als Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Ergänzungseinheit für ein Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei das Wechselgetriebe einen ersten Getriebezweig, einen zweiten Getriebezweig und ein gemeinsames Ausgangselement aufweist.
- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinheit der genannten Art zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad und eine verbesserte Flexibilität hinsichtlich des Antriebs ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Ergänzungseinheit für ein Wechselgetriebe der genannten Art zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad und eine verbesserte Flexibilität hinsichtlich des Antriebs ermöglicht.
- Die genannte Aufgabe wird durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Getriebeeinheit ferner ein wenigstens dreigliedriges Planetengetriebe, eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine aufweist, wobei ein erstes Glied des Planetengetriebes mit dem Eingangselement der Getriebeeinheit antriebsverbunden ist, ein zweites Glied des Planetengetriebes mit der ersten elektrischen Maschine und dem ersten Getriebezweig antriebsverbunden ist, und ein drittes Glied des Planetengetriebes mit der zweiten elektrischen Maschine und dem zweiten Getriebezweig antriebsverbunden ist.
- Die Getriebeeinheit bildet ein elektrisches Doppelkupplungsgetriebe (”electrical dual transmission”, EDT). Das Planetengetriebe dient als Summier- und/oder Verzweigungsgetriebe, um das über das Eingangselement und/oder von den beiden elektrischen Maschinen abgegebene Antriebsmoment wahlweise auf einen oder beide der zwei Getriebezweige des Wechselgetriebes zu leiten. Durch die Kopplung der beiden Getriebezweige mit zwei elektrischen Maschinen werden bei einem Gangstufenwechsel eine verbesserte Anpassung der Drehzahl und somit ein zugkraftunterbrechungsfreier Schaltvorgang mit einem erhöhten Wirkungsgrad erreicht (”electric variable transmission”, EVT). Zwischen den Schaltvorgängen kann das Antriebsmoment allein von einer mit dem Eingangselement gekoppelten Verbrennungskraftmaschine aufgebracht werden. Die beiden elektrischen Maschinen gestatten jedoch auch eine Unterstützung des Antriebs, d. h. sie ermöglichen das Einleiten eines Antriebsmoments zusätzlich oder alternativ zu dem Antriebsmoment einer mit dem Eingangselement gekoppelten Verbrennungskraftmaschine (”Boost”-Funktion bzw. rein elektrisches Fahren bei einer ”Voll-Hybrid”-Auslegung der elektrischen Maschinen). Sofern die elektrischen Maschinen als Motoren- Generatoren ausgebildet sind, ist ferner die Rückgewinnung von Energie möglich (Rekuperation durch generatorisches Bremsen). Eine derartige Getriebeeinheit zeichnet sich weiterhin durch einen einfachen Aufbau aus, da zusätzlich zu einer Trennkupplung am Eingangselement keine Reibungskupplungen erforderlich sind. Innerhalb des Wechselgetriebes können mechanische Synchronisiereinrichtungen entfallen, d. h. es können einfache Klauenkupplungen zum Einsatz gelangen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste elektrische Maschine mit einer Vorgelegewelle des ersten Getriebezweigs drehfest verbunden, und die zweite elektrische Maschine ist mit einer Vorgelegewelle des zweiten Getriebezweigs drehfest verbunden. Hierdurch ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad, da zwischen der jeweiligen elektrischen Maschine und der zugeordneten Vorgelegewelle keine zusätzliche Zahnradstufe erforderlich ist. Bei dieser Ausführungsform sind die genannten Vorgelegewellen vorzugsweise achsparallel zueinander und auch achsparallel zu einer Ausgangswelle des Wechselgetriebes angeordnet, welche das gemeinsame Ausgangselement antreibt.
- Alternativ hierzu ist es jedoch grundsätzlich auch möglich, dass der erste Getriebezweig eine erste Vorgelegewelle aufweist und der zweite Getriebezweig eine zweite Vorgelegewelle aufweist, wobei die beiden Vorgelegewellen koaxial zueinander und achsparallel zu einer Ausgangswelle des Wechselgetriebes angeordnet sind, welche das gemeinsame Ausgangselement antreibt.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Glied des Planetengetriebes ein Hohlrad auf, wobei das zweite Glied des Planetengetriebes einen Planetenträger mit wenigstens einem Planetenrad aufweist, und wobei das dritte Glied des Planetengetriebes ein Sonnenrad aufweist, wo bei das wenigstens eine Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt und mit dem Sonnenrad kämmt oder drehwirksam gekoppelt ist (insbesondere über ein weiteres Planetenrad).
- Die genannte weitere Aufgabe wird durch eine elektrische Ergänzungseinheit für ein Wechselgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Ergänzungseinheit ein Eingangselement, ein wenigstens dreigliedriges Planetengetriebe, eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine aufweist, wobei ein erstes Glied des Planetengetriebes mit dem Eingangselement der Ergänzungseinheit antriebsverbunden ist, ein zweites Glied des Planetengetriebes mit der ersten elektrischen Maschine und einem ersten Anschlusselement der Ergänzungseinheit antriebsverbunden ist, und ein drittes Glied des Planetengetriebes mit der zweiten elektrischen Maschine und einem zweiten Anschlusselement der Ergänzungseinheit antriebsverbunden ist.
- Eine derartige Ergänzungseinheit ermöglicht eine Elektrifizierung des Wechselgetriebes eines herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebes. Hierfür werden das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement der Ergänzungseinheit mit dem ersten Getriebezweig bzw. dem zweiten Getriebezweig des Wechselgetriebes antriebswirksam verbunden (insbesondere drehfest gekoppelt). Somit wird ein Baukastensystem gebildet, bei dem ein Wechselgetriebe-Subsystem eines Doppelkupplungsgetriebes wahlweise mit der genannten elektrischen Ergänzungseinheit oder mit einer herkömmlichen, mechanischen Doppelkupplungseinheit kombiniert wird. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich hierbei, wenn das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement der Ergänzungseinheit koaxial zueinander drehbar sind, für eine koaxiale Anordnung der beiden Getriebezweige des zugeordneten Wechselgetriebes.
- Im Übrigen sind für die genannte elektrische Ergänzungseinheit dieselben Ausführungsformen möglich und es können dieselben Vorteile erzielt werden, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Getriebeeinheit erläutert.
- Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Getriebeeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform. -
2 zeigt schematisch den Aufbau einer Getriebeeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei zusätzlich ein modularer Aufbau (Ergänzungseinheit und Wechselgetriebe) dargestellt ist. - Die in
1 gezeigte Getriebeeinheit besitzt ein Eingangselement11 in Form einer Eingangswelle, an der eine Trennkupplung13 vorgesehen ist. Das Eingangselement11 ist mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine15 antriebsverbunden. Die Getriebeeinheit besitzt ferner ein Wechselgetriebe17 , d. h. ein Getriebe mit mehreren diskreten Gangstufen (Übersetzungsverhältnissen). Das Wechselgetriebe17 umfasst einen ersten Getriebezweig19 mit einer ersten Vorgelegewelle21 für die ungeraden Gangstufen, und einen zweiten Getriebezweig23 mit einer zweiten Vorgelegewelle25 für die geraden Gangstufen. Das Wechselgetriebe17 umfasst ferner eine gemeinsame Ausgangswelle27 , die mit den Vorgelegewellen21 ,25 wahlweise gemäß den unterschiedlichen Gangstufen antriebswirksam koppelbar ist. Die Ausgangswelle27 treibt ein Ausgangselement29 des Wechselgetriebes17 in Form eines Zahnrades an, wobei das Ausgangselement29 wiederum mit einem Differentialgetriebe31 antriebsverbunden ist. - Die erste Vorgelegewelle
21 , die zweite Vorgelegewelle25 und die Ausgangswelle27 sind bei dem in1 gezeigten Ausführungsbeispiel achsparallel zueinander angeordnet. - In Kraftflussrichtung zwischen dem Eingangselement
11 und dem Wechselgetriebe17 umfasst die Getriebeeinheit ein dreigliedriges Planetengetriebe33 , mit dem folgenden Aufbau: Ein erstes Glied des Planetengetriebes33 umfasst ein Hohlrad35 , das mit dem Eingangselement11 drehfest verbunden ist. Ein zweites Glied des Planetengetriebes33 umfasst einen Planetenträger37 , an dem mehrere erste Planetenräder39 und mehrere zweite Planetenräder41 drehbar gelagert sind. Der Planetenträger37 ist über eine Stirnradstufe43 mit der ersten Vorgelegewelle21 antriebsverbunden. Ein drittes Glied des Planetengetriebes33 umfasst ein Sonnenrad45 , das über eine weitere Stirnradstufe47 mit der zweiten Vorgelegewelle25 antriebsverbunden ist. Die ersten Planetenräder39 kämmen mit dem Hohlrad35 und mit einem jeweiligen zweiten Planetenrad41 . Die zweiten Planetenräder41 kämmen mit dem Sonnenrad45 . Durch eine derartige Doppelplanetenradanordnung wird hinsichtlich der beiden Vorgelegewellen21 und25 eine Drehrichtungsanpassung erreicht. - Eine erste elektrische Maschine
51 ist mit der ersten Vorgelegewelle21 drehfest verbunden, und eine zweite elektrische Maschine53 ist mit der zweiten Vorgelegewelle25 drehfest verbunden. - Durch das Zwischenschalten des Planetengetriebes
33 und der beiden elektrischen Maschinen51 ,53 zwischen das Eingangselement11 der Getriebeeinheit und die beiden Getriebezweige19 ,23 des Wechselgetriebes17 kann bei jedem Gangstufenwechsel eine optimale Drehzahlanpassung bereitgestellt werden. Zusätzliche Reibungskupplungen zwischen dem Eingangselement11 und dem Ausgangselement29 sind nicht erforderlich, und den Gangrädern der beiden Getriebezweige19 ,23 können einfache Klauenkupplungen zugeordnet sein (ohne Synchronisiereinrichtungen). Auch während eine Gangstufe vollständig eingelegt ist, kann die erste elektrische Maschine51 und/oder die zweite elektrische Maschine53 ergänzend zu dem Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine15 ein Antriebsmoment an den betreffenden Getriebezweig19 bzw.23 liefern. Alternativ ist es auch möglich, dass eine oder beide der zwei elektrischen Maschinen51 ,53 einen rein elektrischen Antrieb des betreffenden Kraftfahrzeugs bereitstellt, während die Verbrennungskraftmaschine15 durch Öffnen der Trennkupplung13 vom Antriebsstrang entkoppelt ist. Sofern die beiden elektrischen Maschinen51 ,53 als Motoren-Generatoren ausgebildet sind, kann durch generatorisches Bremsen kinetische Energie als elektrische Energie rückgewonnen werden (Rekuperation). Hierdurch werden insbesondere die bei herkömmlichen Doppelkupplungsgetrieben (mit Reibungskupplungen) entstehenden Leistungsverluste verringert. -
2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Getriebeeinheit, wobei gleichartige Elemente wie bei der ersten Ausführungsform gemäß1 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. - Ein Unterschied zu der ersten Ausführungsform gemäß
1 besteht darin, dass die beiden Vorgelegewellen21 ,25 des Wechselgetriebes17 koaxial zueinander und achsparallel zu der Ausgangswelle27 angeordnet sind. Dementsprechend sind die erste elektrische Maschine51 und die zweite elektrische Maschine53 nicht drehfest mit der jeweiligen Vorgelegewelle21 bzw.25 verbunden, sondern es ist eine jeweilige antriebswirksame Kopplung über eine Stirnradstufe43' bzw.47 vorgesehen. - Ein weiterer Unterschied zu der ersten Ausführungsform gemäß
1 besteht darin, dass die Anordnung aus Eingangselement11 (einschließlich Trennkupplung13 ), Planetengetriebe33 , den elektrischen Maschinen51 ,53 , und den Stirnradstufen43 ,43' ,47 eine elektrische Ergänzungseinheit61 bildet, die zur Kopplung mit dem Wechselgetriebe17 vorgesehen ist, um gemäß einem Baukastensystem ein elektrisches Doppelkupplungsgetriebe zu bilden. Hierfür besitzt die elektrische Ergänzungseinheit61 eingangsseitig ein Anschlusselement63 für eine drehfeste Kopplung mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine15 , wobei das Anschlusselement63 beispielsweise durch einen Steckverzahnungsabschnitt des Eingangsteils der Trennkupplung13 ausgebildet ist. Ausgangsseitig besitzt die elektrische Ergänzungseinheit61 ein erstes Anschlusselement65 , das eine drehfeste Kopplung mit der ersten Vorgelegewelle21 ermöglicht, und ein zweites Anschlusselement67 , das eine drehfeste Kopplung mit der zweiten Vorgelegewelle25 ermöglicht. Das erste Anschlusselement65 und das zweite Anschlusselement67 sind koaxial zueinander angeordnet und beispielsweise als ein jeweiliger Steckverzahnungsabschnitt ausgebildet. - Eine derartige elektrische Ergänzungseinheit
61 eignet sich insbesondere zur Ergänzung des Wechselgetriebes17 eines herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebes. -
- 11
- Eingangselement
- 13
- Trennkupplung
- 15
- Verbrennungskraftmaschine
- 17
- Wechselgetriebe
- 19
- erster Getriebezweig
- 21
- erste Vorgelegewelle
- 23
- zweiter Getriebezweig
- 25
- zweite Vorgelegewelle
- 27
- Ausgangswelle
- 29
- Ausgangselement
- 31
- Differentialgetriebe
- 33
- Planetengetriebe
- 35
- Hohlrad
- 37
- Planetenträger
- 39
- erstes Planetenrad
- 41
- zweites Planetenrad
- 43
- Stirnradstufe
- 43'
- Stirnradstufe
- 45
- Sonnenrad
- 47
- Stirnradstufe
- 51
- erste elektrische Maschine
- 53
- zweite elektrische Maschine
- 61
- elektrische Ergänzungseinheit
- 63
- Anschlusselement
- 65
- erstes Anschlusselement
- 67
- zweites Anschlusselement
Claims (12)
- Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Eingangselement (
11 ) und einem Wechselgetriebe (17 ), welches einen ersten Getriebezweig (19 ), einen zweiten Getriebezweig (23 ) und ein gemeinsames Ausgangselement (29 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit ferner ein wenigstens dreigliedriges Planetengetriebe (33 ), eine erste elektrische Maschine (51 ) und eine zweite elektrische Maschine (53 ) aufweist, wobei ein erstes Glied (35 ) des Planetengetriebes (33 ) mit dem Eingangselement (11 ) der Getriebeeinheit antriebsverbunden ist, ein zweites Glied (37 ,39 ,41 ) des Planetengetriebes (33 ) mit der ersten elektrischen Maschine (51 ) und dem ersten Getriebezweig (19 ) antriebsverbunden ist, und ein drittes Glied (45 ) des Planetengetriebes (33 ) mit der zweiten elektrischen Maschine (53 ) und dem zweiten Getriebezweig (23 ) antriebsverbunden ist. - Getriebeeinheit nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Maschine (
51 ) mit einer Vorgelegewelle (21 ) des ersten Getriebezweigs (19 ) drehfest verbunden ist, und wobei die zweite elektrische Maschine (53 ) mit einer Vorgelegewelle (25 ) des zweiten Getriebezweigs (23 ) drehfest verbunden ist. - Getriebeeinheit nach Anspruch 2, wobei die Vorgelegewelle (
21 ) des ersten Getriebezweigs (19 ), die Vorgelegewelle (25 ) des zweiten Getriebezweigs (23 ) und eine das Ausgangselement (29 ) antreibende Ausgangswelle (27 ) des Wechselgetriebes (17 ) achsparallel zueinander angeordnet sind. - Getriebeeinheit nach Anspruch 1, wobei der erste Getriebezweig (
19 ) eine erste Vorgelegewelle (21 ) aufweist und der zweite Getriebezweig (23 ) eine zweite Vorgelegewelle (25 ) aufweist, wobei die erste Vorgelegewelle und die zweite Vorgelegewelle koaxial zueinander und achsparallel zu einer das Ausgangselement (29 ) antreibenden Ausgangswelle (27 ) des Wechselgetriebes (17 ) angeordnet sind. - Elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) für ein Wechselgetriebe (17 ) eines Kraftfahrzeugs, welches einen ersten Getriebezweig (19 ), einen zweiten Getriebezweig (23 ) und ein gemeinsames Ausgangselement (29 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungseinheit (61 ) ein Eingangselement (11 ), ein wenigstens dreigliedriges Planetengetriebe (33 ), eine erste elektrische Maschine (51 ) und eine zweite elektrische Maschine (53 ) aufweist, wobei ein erstes Glied (35 ) des Planetengetriebes (33 ) mit dem Eingangselement (11 ) der Ergänzungseinheit (61 ) antriebsverbunden ist, ein zweites Glied (37 ,39 ,41 ) des Planetengetriebes (33 ) mit der ersten elektrischen Maschine (51 ) und einem ersten Anschlusselement (65 ) der Ergänzungseinheit (61 ) antriebsverbunden ist, und ein drittes Glied (45 ) des Planetengetriebes (33 ) mit der zweiten elektrischen Maschine (53 ) und einem zweiten Anschlusselement (67 ) der Ergänzungseinheit (61 ) antriebsverbunden ist. - Elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach Anspruch 5, wobei das erste Anschlusselement (65 ) und das zweite Anschlusselement (67 ) der Ergänzungseinheit (61 ) dazu ausgebildet sind, mit dem ersten Getriebezweig (19 ) des Wechselgetriebes (17 ) bzw. mit dem zweiten Getriebezweig (23 ) des Wechselgetriebes (17 ) antriebswirksam verbunden zu werden. - Elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach Anspruch 6, wobei das erste Anschlusselement (65 ) und das zweite Anschlusselement (67 ) der Ergänzungseinheit (61 ) koaxial zueinander drehbar sind. - Getriebeeinheit oder elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Glied des Planetengetriebes (33 ) ein Hohlrad (35 ) aufweist, wobei das zweite Glied des Planetengetriebes (33 ) einen Planetenträger (37 ) mit wenigstens einem Planetenrad (39 ,41 ) aufweist, und wobei das dritte Glied des Planetengetriebes (33 ) ein Sonnenrad (45 ) aufweist, wobei das wenigstens eine Planetenrad (39 ,41 ) mit dem Hohlrad (35 ) kämmt und mit dem Sonnenrad (45 ) kämmt oder drehwirksam gekoppelt ist. - Getriebeeinheit oder elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach Anspruch 8, wobei an dem Planetenträger (37 ) wenigstens ein erstes Planetenrad (39 ) drehbar gelagert ist, das mit dem Hohlrad (35 ) kämmt, und wobei an dem Planetenträger (37 ) wenigstens ein zweites Planetenrad (41 ) drehbar gelagert ist, das mit dem Sonnenrad (45 ) und mit dem ersten Planetenrad (39 ) kämmt. - Getriebeeinheit oder elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine (51 ) einen Motor-Generator aufweist, und wobei die zweite elektrische Maschine (53 ) einen Motor-Generator aufweist. - Getriebeeinheit oder elektrische Ergänzungseinheit (
61 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eingangselement (11 ) eine Trennkupplung (13 ) aufweist. - Verwendung einer elektrischen Ergänzungseinheit (
61 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur Kopplung mit einem Wechselgetriebe (17 ), welches einen ersten Getriebezweig (19 ), einen zweiten Getriebezweig (23 ) und ein gemeinsames Ausgangselement (29 ) aufweist, wobei das erste Anschlusselement (65 ) der Ergänzungseinheit (61 ) mit dem ersten Getriebezweig (19 ) antriebswirksam verbunden wird und das zweite Anschlusselement (67 ) der Ergänzungseinheit (61 ) mit dem zweiten Getriebezweig (23 ) antriebswirksam verbunden wird.
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