DE102010025457A1 - Antriebstrang eines Fahrzeuges - Google Patents

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Ralf Dr. Stopp
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebe-Motor-Anordnung mit einem Summengetriebe mit zwei Getriebeeingängen und einem gemeinsamen Getriebeausgang.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebstrang eines Fahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben dieses Antriebsstranges.
  • Hybridfahrzeuge weisen mehrere alternativ oder gemeinsam betreibbare Antriebseinrichtungen auf. So kann ein Antriebstrang eines Hybridfahrzeuges beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle in Verbindung mit einem Elektroantrieb aufweisen, welche (Teil-)Drehmomente erzeugen, die dann gemeinsam auf die das Fahrzeug antreibenden Räder wirken (Parallelhybrid). Die Aufsummierung der einzelnen (Teil-)Drehmomente kann in einem Getriebe erfolgen. Auch für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie serielle Hybridantriebskonzepte und E-Fahrzeuge, wurde bereits vorgeschlagen, mehrere Antriebe gemeinsam einzusetzen. Auch in diesem Fall können die von den einzelnen Elektromotoren erzeugten Teilmomente über ein Getriebe aufsummiert werden.
  • Bei ausschließlich über einen Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugen könnte der Verbrennungsmotor optimiert werden, wenn der Verbrennungsmotor für eine konstante Last bzw. für einen relativ schmalen Leistungsbereich ausgebildet wäre. Bei bekannten Antriebsanordnungen für Fahrzeuge ist dies aber regelmäßig nicht umsetzbar. Es wäre dementsprechend wünschenswert, den einzelnen groß dimensionierten Verbrennungsmotor auf zwei oder mehrere eigenständige Teilverbrennungsmotoren aufzuteilen. Auch in diesem Fall könnten die von den einzelnen Teilverbrennungsmotoren erzeugten Teilmomente über ein Getriebe aufsummiert werden. Der wesentliche Vorteil einer solchen Aufteilung eines Motors auf zwei oder ggf. mehrere eigenständige Motoren wäre dabei, dass diese Motoren bei einem besseren spezifischen Verbrauch betrieben werden könnten.
  • Gerade bei Verwendung mehrerer Antriebe ist aber darauf zu achten, dass der vorhandene Bauraum effektiv ausgenutzt werden soll. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Antriebstrang für ein Fahrzeug mit möglichst effektiver Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Antriebstrang für ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem dazwischen geschalteten Summengetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle, wobei das Summengetriebe ein erstes mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbundenes Hohlrad aufweist, das mit einem ersten Planetenradsatz kämmt, wobei das Summengetriebe ein zweites mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbundenes Hohlrad aufweist, das mit einem zweiten Planetenradsatz kämmt, wobei die Planetenradsätze jeweils paarweise miteinander im Verzahnungseingriff sind und der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz auf einem gemeinsamen Planetenträger gelagert sind, der mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, und wobei eine erste Antriebseinheit mit der ersten Getriebeeingangswelle und eine zweite Antriebseinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden sind, so dass eine von der ersten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung und eine von der zweiten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung unabhängig voneinander in den gemeinsamen Planetenträger einleitbar und dort zu einer Summendrehzahl oder -leistung kombinierbar sind.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls gelöst durch einen Antriebstrang für ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem dazwischen geschalteten Summengetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle, wobei das Summengetriebe ein erstes mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbundenes Sonnenrad aufweist, das mit einem ersten Planetenradsatz kämmt, wobei das Summengetriebe ein zweites mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbundenes Sonnenrad aufweist, das mit einem zweiten Planetenradsatz kämmt, wobei die Planetenradsätze jeweils paarweise miteinander im Verzahnungseingriff sind und der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz auf einem gemeinsamen Planetenträger gelagert sind, der mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, und wobei eine erste Antriebseinheit mit der ersten Getriebeeingangswelle und eine zweite Antriebseinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden sind, so dass eine von der ersten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung und eine von der zweiten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung unabhängig voneinander in den gemeinsamen Planetenträger einleitbar und dort zu einer Summendrehzahl oder -Leistung kombinierbar sind.
  • Mit den erfindungsgemäßen Antriebsträngen können Aufwand, Kosten und Bauraum reduziert werden.
  • Weiterhin können die erste Antriebseinheit und/oder die zweite Antriebseinheit Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren sein.
  • Bei Verwendung eines Verbrennungsmotors kann zwischen Verbrennungsmotor und zugehöriger Getriebeeingangswelle eine Kupplung, insbesondere eine Einfachkupplung mit trockenem Reibeingriff, angeordnet sein.
  • Der Verbrennungsmotor kann bzw. die Verbrennungsmotoren können als Zwei-Zylinder Boxer Motor ausgebildet sein.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit als Elektromotoren ausgebildet, die unmittelbar mit den Getriebeeingangswellen innerhalb der einzelnen Teilgetriebe verbunden sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert.
  • In diesen zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges mit zwei Antriebseinheiten E1 und E2,
  • 2 eine schematische Darstellung des Antriebsstranges nach 1, vorliegend ausgebildet mit zwei Elektromotoren E1 und E2 als Antriebseinheiten und einem Planeten-Getriebe als Summengetriebe,
  • 3 eine schematische Darstellung des Antriebsstranges nach 1, mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Antriebsstranges für ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten E1 und E2 und einem dazwischen geschalteten Summengetriebe ED gezeigt, wobei das Summengetriebe über ein Abtriebszahnrad ZA mit einem Differenzial AD verbunden ist, wobei das Differenzial AD Teil einer angetriebenen Achse eines Fahrzeuges ist.
  • In 2 ist eine mögliche Ausgestaltung des Summengetriebes ED in Verbindung mit den zwei Antriebseinheiten E1 und E2 abgebildet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel als Antriebseinheiten jeweils ein Elektromotor E1 bzw. E2 verwendet ist.
  • Anstelle von Elektromotoren E1 und E2 können auch Verbrennungsmotoren verwendet werden, welche dann über eine Trennkupplung mit der jeweiligen Getriebeeingangswelle verbunden ist.
  • Zudem kann auch als eine erste Antriebseinheit ein Verbrennungsmotor und als eine zweite Antriebseinheit ein Elektromotor (der auch als Starter/Generator verwendbar ist) miteinander über das Summengetriebe kombiniert werden.
  • Weiterhin können jeweils ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor als eine der Antriebseinheiten zusammengefasst werden.
  • Anstelle eines Verbrennungsmotors könnte auch eine Brennstoffzelle verwendet werden.
  • Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Elektroantrieb E1 einen Stator S1 und einen Rotor R1 auf, wobei der Rotor R1 mit einem ersten Hohlrad HR1 des Summengetriebes ED mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
  • Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist der Rotor R1 des Elektroantriebes E1 über eine Trennkupplung TR gegenüber dem Motorgehäuse oder einer anderen nicht mit den Antriebseinheiten mitrotierenden Baueinheit festlegbar.
  • Der zweite Elektromotor E2 umfasst ebenfalls einen Stator S2 und einen Rotor R2, wobei der Rotor R2 mittelbar oder unmittelbar mit einem zweiten Hohlrad HR2 verbunden ist.
  • Vorliegend ist der Rotor R1 mit dem Hohlrad HR1 über eine erste Welle W1 verbunden, die eine erste Getriebeeingangswelle bildet. Weiterhin ist der Rotor R2 der Elektromaschine E2 mit dem zweiten Hohlrad über eine zweite Welle W2 verbunden, die eine zweite Getriebeeingangswelle bildet.
  • Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Wellen W1 und W2 koaxial zueinander und ineinander gesteckt angeordnet, wobei eine der Wellen als Vollwelle und die entsprechende andere als Hohlwelle ausgebildet ist. Diese Anordnung bietet einen weiteren Bauraumvorteil.
  • Alternativ zu dieser Anordnung mit Wellen können die Elektromotor E1 und E2 auch über andere Mittel mit den Hohlrädern verbunden werden, wie z. B. über Riemen oder Kettengetriebe.
  • Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elektromotoren auf einer Seite des Summengetriebes angeordnet, wobei sich wiederum ein platzsparender Aufbau für die beiden Elektromotoren ergibt. Alternativ hierzu könnten die Elektromotoren auch auf unterschiedlichen Seiten des Summengetriebes angeordnet werden.
  • Das Summengetriebe weist weiterhin einen Planetenträger St auf, welcher Trägerzapfen aufweist, an denen ein erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet und gelagert sind. Der erste Planetenradsatz P1 kämmt mit dem ersten Hohlrad HR1. Der zweite Planetenradsatz P2 kämmt mit dem zweiten Hohlrad HR2.
  • Zudem sind die Planetenräder der beiden Planetenradsätze am Planetenträger St versetzt zueinander angeordnet und im Eingriff miteinander. Dies ist in 2 im rechten oberen Teil gezeigt. Das Momentenverhältnis der Antriebe ist bei dem vorliegenden Aufbau über das Übersetzungsverhältnis der Planetenradsätze geometrisch festgelegt (bei gleichen Zähnezahlen 1:1), summiert werden also die Drehzahlen und damit letztendlich die Leistung. Vorliegend stehen die Planetenräder der ersten und zweiten Planetenradsätze am gemeinsamen Planetenträger paarweise miteinander im Eingriff, damit das Getriebe Leistung übertragen kann. Ansonsten würden die Planeten auf dem gemeinsamen Träger nur „lose” durchdrehen.
  • Der Planetenträger St ist mit einem Abtrieb verbunden. Vorliegend ist der Planetenträger St über eine Welle W3 mit einem Zahnrad ZA verbunden, das über eine Übersetzungsstufe U mit dem Differenzial AD in Wirkverbindung steht, über welches die angetriebenen Räder des Fahrzeuges angetrieben werden.
  • Der vorliegende skizzierte Aufbau gerade des Abtriebes ist nur schematisch zu verstehen, und beschreibt nicht die konkreten geometrischen Verhältnisse zwischen den beteiligten Zahnrädern. Zudem können auch alternative Übersetzungsstufen anstelle von Zahnrädern, wie Riemen oder Ketten, verwendet werden.
  • Wahlweise kann das Summengetriebe ED auch direkt mit dem Differenzial verbunden werden.
  • Die Trennkupplung TR dient vorliegend als Verriegelung und kann als formschlüssige Kupplung, z. B. auch als Klauenkupplung, ausgebildet sein (muss also nicht regelbar als Reibkupplung ausgebildet sein).
  • In 3 ist eine alternative Ausbildung des Summengetriebes angegeben, bei dem zwei Sonnenräder anstelle der zwei Hohlräder vorgesehen sind. Entsprechend wird das Sonnenrad S1 über einen erste Antriebseinheit E1 angetrieben und kämmt mit einem ersten Planetensatz P1. Das zweite Sonnenrad S2 kämmt mit einem zweiten Planetenradsatz P2 und wird über eine zweite Antriebseinheit E2 angetrieben. Die beiden Planetenradsätze sind wiederum auf gemeinsamen Stegen eines gemeinsamen Planetenträgers St angeordnet, wobei wiederum die beiden Planeten eines Paares miteinander kämmen. Der gemeinsame Planetenradträger St ist wiederum mit dem Abtrieb ZA verbunden.
  • Somit erfolgt der Antrieb sowohl bei dem in 2 dargestellten als auch bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel über zwei Antriebseinheiten, welche im einen Fall mit jeweils einem Sonnenrad (2) und im anderen Fall mit jeweils einem Hohlrad (3) verbunden sind, wobei die Sonnenräder bzw. die Hohlräder über zugehörige Planetenradsätze (welche Paare an Planetenrädern aufweisen, die ineinander kämmen) über einen gemeinsamen Planetenradträger St abgestützt sind. Der gemeinsame Planetenradträger St treibt dann den Antrieb ZA an.
  • Wie bereits erwähnt, sind die vorliegenden Ausführungsbeispiele anhand zweier Elektromotoren beschrieben, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, dass einer der Elektromotoren oder auch beide der Elektromotoren durch Verbrennungsmotoren oder andere Arten an Antrieben ersetzt werden können. Bei der Verwendung zweier Elektromaschinen beispielsweise kann eine der Elektromaschinen deutlich größer dimensioniert sein als die zweite.
  • Bezugszeichenliste
    • E1
      Antriebseinheit
      E2
      Antriebseinheit
      ED
      Summengetriebe
      AD
      Differenzial
      ZA
      Abtriebszahnrad
      S1
      Stator
      S2
      Stator
      R1
      Rotor
      R2
      Rotor
      HR1
      Hohlrad
      HR2
      Hohlrad
      TR
      Trennkupplung
      W1
      Welle
      W2
      Welle
      ST
      Planetenträger
      P1
      Planetenradsatz
      P2
      Planetenradsatz

Claims (6)

  1. Antriebstrang für ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem dazwischen geschalteten Summengetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle, wobei das Summengetriebe ein erstes mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbundenes Hohlrad aufweist, das mit einem ersten Planetenradsatz kämmt, wobei das Summengetriebe ein zweites mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbundenes Hohlrad aufweist, das mit einem zweiten Planetenradsatz kämmt, wobei die Planetenradsätze jeweils paarweise miteinander im Verzahnungseingriff sind und der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz auf einem gemeinsamen Planetenträger gelagert sind, der mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, und wobei eine erste Antriebseinheit mit der ersten Getriebeeingangswelle und eine zweite Antriebseinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden sind, so dass eine von der ersten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung und eine von der zweiten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung unabhängig voneinander in den gemeinsamen Planetenträger einleitbar und dort zu einer Summendrehzahl oder -leistung kombinierbar sind.
  2. Antriebstrang für ein Fahrzeug mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem dazwischen geschalteten Summengetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle, wobei das Summengetriebe ein erstes mit einer ersten Getriebeeingangswelle verbundenes Sonnenrad aufweist, das mit einem ersten Planetenradsatz kämmt, wobei das Summengetriebe ein zweites mit einer zweiten Getriebeeingangswelle verbundenes Sonnenrad aufweist, das mit einem zweiten Planetenradsatz kämmt, wobei die Planetenradsätze jeweils paarweise miteinander im Verzahnungseingriff sind und der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz auf einem gemeinsamen Planetenträger gelagert sind, der mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, und wobei eine erste Antriebseinheit mit der ersten Getriebeeingangswelle und eine zweite Antriebseinheit mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden sind, so dass eine von der ersten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung und eine von der zweiten Antriebseinheit erzeugte Drehzahl oder Leistung unabhängig voneinander in den gemeinsamen Planetenträger einleitbar und dort zu einer Summendrehzahl oder -leistung kombinierbar sind.
  3. Antriebstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Antriebseinheit und/oder die zweite Antriebseinheit Verbrennungsmotoren und/oder Elektromotoren sind.
  4. Antriebstrang nach Anspruch 3, wobei bei Verwendung eines Verbrennungsmotors zwischen Verbrennungsmotor und zugehöriger Getriebeeingangswelle eine Kupplung, insbesondere eine Einfachkupplung mit trockenem Reibeingriff, angeordnet ist.
  5. Antriebstrang nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Verbrennungsmotor bzw. die Verbrennungsmotoren als Zwei-Zylinder Boxer Motor ausgebildet ist bzw. sind.
  6. Antriebstrang nach Anspruch 5, wobei die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit Elektromotoren sind, die unmittelbar mit den Getriebeeingangswellen innerhalb der einzelnen Teilgetriebe verbunden sind.
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