DE102010034130A1

DE102010034130A1 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010034130A1
Application number: DE102010034130A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Heilenkötter Dirk; Gerhard Magnussen; Raimar Warnecke
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: DE102010034130B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1, 1a, 1b, 1c) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wechselgetriebe (2), mit einem Differential (7) und mit einer Elektromaschine (8), wobei die Elektromaschine (8) einen Rotor (9) und einen Stator (10) aufweist, wobei das Wechselgetriebe (2) eine Eingangswelle (11) aufweist, wobei die Eingangswelle (11) mit dem Rotor (9) verbunden ist, wobei das Wechselgetriebe (2) mit dem Differential (7) in Eingriff steht, wobei das Wechselgetriebe (2) eine Planetengetriebestufe (14) aufweist, wobei die Planetengetriebestufe (14) ein Sonnenrad (15), mindestens ein Planetenrad (16) und ein Hohlrad (17) aufweist, wobei die Planetengetriebestufe (14) von der Eingangswelle (11) antreibbar ist. De Elektromaschine (8) ist mit den weiteren Komponenten des Antriebsstrangs (1) bauraumoptimiert und kostenoptimiert dadurch koppelbar, dass die Planetengetriebestufe (14) eine feste Übersetzung zwischen dem Rotor (9) und dem Differential (7) bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wechselgetriebe, mit einem Differential und mit einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei das Wechselgetriebe eine Eingangswelle aufweist, wobei die Eingangswelle mit dem Rotor verbunden ist, wobei das Wechselgetriebe mit dem Differential in Eingriff steht, wobei das Wechselgetriebe eine Planetengetriebestufe aufweist, wobei die Planetengetriebestufe ein Sonnenrad, mindestens ein Planetenrad und ein Hohlrad aufweist, wobei die Planetengetriebestufe von der Eingangswelle antreibbar ist.
Aus der DE 10 2006 027 709 A1 ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Wechselgetriebe, mit einer Elektromaschine und mit einem Differential bekannt. Der Verbrennungsmotor ist mit einer Antriebswelle des Wechselgetriebes verbindbar. Das Wechselgetriebe weist mehrere schaltbare Gangstufen und eine Planetengetriebestufe auf. Die Elektromaschine weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor der Elektromaschine ist mit einer Eingangswelle des Wechselgetriebes starr verbunden. Die Elektromaschine ist über die Eingangswelle mit einem Sonnenrad der Planetengetriebestufe gekoppelt. Die mit dem Verbrennungsmotor verbundene Antriebswelle ist über ein Losrad einer zweiten Gangstufe mit einem Hohlrad der Planetengetriebestufe gekoppelt. Eine Triebwelle des Wechselgetriebes ist mit der Planetengetriebestufe gekoppelt. Die Triebwelle des Wechselgetriebes ist mit einem Planetenträger drehfest verbunden. Über die Planetengetriebestufe ist ein aufsummiertes Drehmoment des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine auf die Abtriebswelle des Wechselgetriebes übertragbar. Das Wechselgetriebe weist eine erste schaltbare Gangstufe auf. über die die Antriebswelle des Wechselgetriebes unter Umgehung der Planetengetriebestufe direkt mit der Triebwelle koppelbar ist. Ferner weist das Wechselgetriebe wenigstens die zweite schaltbare Gangstufe auf, über die die Antriebswelle über die Planetengetriebestufe indirekt mit der Triebwelle koppelbar ist. Die Triebwelle ist über ein drehfest verbundenes Zahnrad mit einem Differential gekoppelt, um hierdurch das Kraftfahrzeug anzutreiben. Die Planetengetriebestufe ermöglicht mehrere Übersetzungen zwischen der Elektromaschine und dem Differential. Die Gangstufen können mittels Klauenkupplungen geschaltet werden, wobei das Drehmoment des Antriebsmotors über das Hohlrad auf die Planetenräder übertragbar ist. Mittels einer weiteren Klauenkupplung kann ferner das Hohlrad drehfest mit dem Sonnenrad gekoppelt werden.
Hierdurch ist die Übersetzung der Planetengetriebestufe veränderbar. Diese weitere Klauenkupplung ist axial zwischen der Elektromaschine und der Planetengetriebestufe angeordnet.
Der eingangs genannte Antriebsstrang ist noch nicht optimal ausgebildet. Die Verbindung der Elektromaschine mit dem Wechselgetriebe ist sehr aufwendig. Das Schalten der verschiedenen Gangstufen erfolgt in Abhängigkeit von der Aktivierung der Elektromaschine. Die Steuerung des Wechselgetriebes muss dabei an die Steuerung der Elektromaschine angepasst werden. Die Elektromaschine mit der weiteren Klauenkupplung benötigt zudem axialen Bauraum.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Elektromaschine mit den weiteren Komponenten des Antriebsstrangs bauraumoptimiert und kostenoptimiert koppelbar bzw. gekoppelt ist.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun für den Antriebsstrang dadurch gelöst, dass die Planetengetriebestufe eine feste Übersetzung zwischen dem Rotor und dem Differential bereitstellt. Dazu kann entweder das Hohlrad, der Planetenträger oder das Sonnerad gehäusefest angeordnet sein, wobei die beiden anderen Bestandteile dann als Eingang bzw. Ausgang der Planetengetriebestufe dienen. Insbesondere ist das Hohlrad der Planetengetriebestufe gehäusefest angeordnet. Die feste Übersetzung hat den Vorteil, dass der Rotor permanent mitdrehend ist und daher keine besondere Schaltstrategie zum Einbinden und Abkoppeln der Elektromaschine erforderlich ist. Ferner ist dadurch eine preisgünstige und bauraumsparende Anordnung der Elektromaschine im Antriebsstrang möglich. Der Rotor ist funktional wirksam starr mit dem Differential gekoppelt. Die Anbindung der Elektromaschine erfolgt vorzugsweise über einen Flansch an das Getriebegehäuse. Die E-Maschine kann dabei oberhalb einer Gelenkwelle angeordnet sein, wobei die Gelenkwelle von dem Differential angetrieben wird. Auf besonders einfache Art und Weise kann die Leistungsübertragung zwischen der Elektromaschine und dem Wechselgetriebe über eine Steckverzahnung erfolgen. Der Rotor der Elektromaschine ist vzw. mit einer Außenverzahnung versehen und greift mit dieser Außenverzahnung in eine Innenverzahnung der vorzugsweise hohl ausgebildeten Eingangswelle ein. Das Wechselgetriebe weist die Planetengetriebestufe mit einem Sonnenrad, mit mindestens einem Planetenrad und mit einem Hohlrad auf. Das Sonnenrad ist am Außenumfang der Eingangswelle angeordnet bzw. ausgebildet. Das Differential weist ein Achsantriebsrad auf. Das Wechselgetriebe weist eine Triebwelle auf, wobei die Triebwelle mit einer entsprechenden Außenverzahnung in das Achsantriebsrad eingreift. Die Triebwelle ist mit mindestens einem Planetenträger verbunden, wobei der Planetenträger das Planetenrad der Planetengetriebestufe trägt. Die Triebwelle umgibt die Eingangswelle. Da die Drehzahl des Rotors, der Eingangswelle und der Triebwelle stets proportional zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges ist, wird eine besonders bevorzugte Lagerung des Rotors, der Eingangswelle und der Triebwelle vorgeschlagen. Die Eingangswelle kann mittels eines Festlagers und eines Loslagers gelagert sein. Das Loslager kann zwischen der Triebwelle und der Eingangswelle angeordnet sein. Das Festlager ist vzw. an dem Getriebegehäuse abgestützt. Die Triebwelle ist insbesondere mittels eines Festlagers und mittels eines Loslagers gelagert. Die Loslager und die Festlager sind im Öl des Wechselgetriebes bzw. der Kupplung angeordnet. Der Rotor ist mittels eines Festlagers und eines als Gleitlagers ausgebildeten Loslagers gelagert. Das Gleitlager ist an einem flanschseitigen Endbereich des Rotors angeordnet. Das Gleitlager ist vorzugsweise derart spielbehaftet, dass das Gleitlager durch die Steckverzahnung im montierten Zustand der Elektromaschine entlastet ist. Da das Gleitlager nicht im Öl des Wechselgetriebes angeordnet ist, sondern fettgeschmiert ist, ist die Entlastung des Gleitlagers insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors vorteilhaft. Die eingangsgenannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Antriebsstrang in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 in einer perspektivischen Darstellung einen Antriebsstrang mit einer Kupplung, mit einem Wechselgetriebe und mit einer Elektromaschine,
2 in einer geschnittenen Detaildarstellung die Elektromaschine, ein Teil des Wechselgetriebes sowie ein Differential,
3 in einer geschnittenen Detaildarstellung das Wechselgetriebe teilweise gemäß 2,
4 in einer geschnittenen Detaildarstellung die Elektromaschine,
5 in einer schematischen Darstellung eine erste Ausgestaltung des Antriebsstrangs mit dem Wechselgetriebe und der Elektromaschine aus den 1 bis 4,
6 in einer schematischen Darstellung eine zweite Ausgestaltung des Antriebsstrangs mit dem Wechselgetriebe und der Elektromaschine aus den 1 bis 4,
7 in einer schematischen Darstellung eine dritte Ausgestaltung eines des Antriebsstrangs mit dem Wechselgetriebe und der Elektromaschine aus den 1 bis 4.
In den 1 bis 4 ist ein Teil eines Antriebsstranges 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt.
Der Antriebstrang weist ein Wechselgetriebe 2 auf. Das Wechselgetriebe 2 dient zum Wechsel unterschiedlicher Gangstufen (nicht näher dargestellt). Das Wechselgetriebe 2 ist als automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet. Das Wechselgetriebe 2 ist insbesondere als sequentielles Schaltgetriebe ausgebildet. Das Wechselgetriebe 2 ist vorzugsweise als Zwei-Wellengetriebe ausgebildet. Die zwei nicht dargestellten Wellen des Wechselgetriebes 2 sind in den 1 bis 7 nicht näher dargestellt. Das Wechselgetriebe 2 weist ein Getriebegehäuse 3 auf.
Der Antriebsstrang 1 weist ferner eine Kupplung 4 auf, wobei in den 1 bis 4 lediglich ein Kupplungsgehäuse 5 der Kupplung 4 näher dargestellt ist. Die Kupplung 4 ist in bekannter Weise zwischen einem Verbrennungsmotor (in 1 bis 4 nicht näher dargestellt) und in dem Wechselgetriebe 2 angeordnet. Die Kupplung 4 ist im Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Wechselgetriebe 2 angeordnet. Die Kupplung 4 dient zum Unterbrechen des Drehmomentflusses, um lastfrei die einzelnen Gangstufen des Wechselgetriebes 2 schalten zu können. In 1 ist das Getriebegehäuse 3 zum Teil durch weitere Anbauteile verdeckt. Bspw. ist ein Starter 6 oberhalb des Getriebegehäuses 3 angeordnet. An das Kupplungsgehäuse 5 wird der Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) angeflanscht. Das Wechselgetriebe 2 ist zusammen mit der Kupplung 4 quer zur Fahrrichtung eingebaut. Der Verbrennungsmotor ist ebenfalls quer eingebaut. Das Wechselgetriebe 2 ist zusammen mit der Kupplung 4 und dem Verbrennungsmotor im vorderen Teil des Kraftfahrzeuges eingebaut.
Der Antriebsstrang 1 weist ein Differential 7 auf. Das Differential 7 ist seitlich, unterhalb des Kupplungsgehäuses 5 bzw. des Getriebegehäuses 3 angeordnet. Das Differential 7 teilt das anliegende Drehmoment auf die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeuges auf.
Ferner weist der Antriebsstrang eine Elektromaschine 8 auf. Die Elektromaschine 8 ist als Elektromotor (nicht näher bezeichnet) ausgebildet und einsetzbar. Die Elektromaschine 8 weist einen Rotor 9 und einen Stator 10 auf. Die Elektromaschine 8 dient als elektromechanischer Wandler, um elektrische Energie in mechanische Energie oder mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Elektromaschine 8 weist in bekannter Weise Spulen, Magnete und dergleichen zur Erzeugung von Magnetfeldern auf. Diese einzelnen Bauteile der Elektromaschine 8 sind in den Figuren nicht im Einzelnen dargestellt und daher auch nicht näher bezeichnet.
Das Wechselgetriebe 2 weist eine Eingangswelle 11 auf, wobei die Eingangswelle 11 mit dem Rotor 9 verbunden ist. Das Wechselgetriebe 2 steht im drehfesten Eingriff mit dem Differential 7. Das Differential 7 weist dazu insbesondere ein Achsantriebsrad 12 auf. Das Achsantriebsrad 12 steht im drehfesten Eingriff mit dem Wechselgetriebe 2. Das Differential 7 überträgt das Drehmoment von dem Achsantriebsrad 12 auf zwei Gelenkwellen 13. Die Elektromaschine 8 ist oberhalb der in 2 nur angedeuteten linken Gelenkwelle 13 angeordnet.
Das Wechselgetriebe 2 weist eine Planetengetriebestufe 14 auf. Die Planetengetriebestufe 14 darf im Folgenden anhand von 3 näher erläutert werden. Die Planetengetriebestufe 14 weist ein Sonnenrad 15. mindestens ein Planetenrad 16 und ein Hohlrad 17 auf. Das Sonnenrad 15 ist am Außenumfang der Eingangswelle 11 ausgebildet. Das Sonnenrad 15 ist hier einstückig mit der Eingangswelle 11 ausgebildet. In alternativer Ausgestaltung kann das Sonnenrad 15 als separates Bauteil auf der Eingangswelle 11 montiert sein. Das Sonnenrad 15 steht im drehfesten Eingriff mit dem mindestens einen Planetenrad 16. Vzw. sind mehrere Planetenräder 16 vorgesehen. Die Planetenräder 16 sind drehbar auf einem Planetenträger 18 angeordnet. Der Planetenträger 18 ist drehfest mit einer Triebwelle 19 verbunden. Die Triebwelle 19 umgreift die Eingangswelle 11. Die Triebwelle 19 ist drehfest mit dem Achsantriebsrad 12 verbunden. Die Eingangswelle 11 ist mit dem Rotor 9 verbunden. Die Triebwelle 19 kann daher Drehmoment von der Elektromaschine 8 über den Rotor 9 auf die Eingangswelle 11, weiter über die Planetenräder 16 und den Planetenträger 18 auf das Differential 7 leiten. Ferner ist die Triebwelle 19 mit dem zur Kupplung 4 führenden Teil (nicht dargestellt) des Wechselgetriebes 2 verbunden, so dass von dem Verbrennungsmotor über die Kupplung 4 ein Drehmoment in das Wechselgetriebe 2 und somit auf die Triebwelle 19 übertragbar ist und somit das Drehmoment des Verbrennungsmotors ebenfalls auf das Differential 7 geleitet werden kann bzw. leitbar ist. Die Planetengetriebestufe 14, insbesondere die Triebwelle 19 ist zum einen mittelbar von dem Verbrennungsmotor und zum anderen von der Elektromaschine 8 antreibbar.
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die Planetengetriebestufe 14 eine feste Übersetzung zwischen dem Rotor 9 und dem Differential 7 bereitstellt. Der Rotor 9 ist funktional wirksam starr mit dem Differential 7 gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass der Rotor 9 permanent mitdrehend ist und daher keine besondere Schaltstrategie zum Einbinden und Abkoppeln der Elektromaschine 8 erforderlich ist. Ferner ist dadurch eine preisgünstige und bauraumsparende Anordnung der Elektromaschine 8 im Antriebsstrang möglich.
Die Elektromaschine 8 ist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung über einen Flansch 20 mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden. Durch diese einfache Anbindung der Elektromaschine 8 an den restlichen Antriebsstrang 1 ist eine einfache Austauschbarkeit der Elektromaschine 8 erreicht. Hierdurch ist ein einfacher und kostengünstiger Systemaufbau erreicht. Das Wechselgetriebe 2 weist insbesondere die zusätzliche Planetengetriebestufe 14 auf, um die Elektromaschine 8 über den Flansch 20 an den Antriebsstrang 1 anzubinden.
Die Planetengetriebestufe 14 stellt vzw. eine Übersetzung von der Elektromaschine 8 zu den Rädern im Verhältnis von ungefähr 1 zu 9 zur Verfügung. Das Wechselgetriebe 2 stellt in der Anfahrübersetzung bspw. ungefähr eine Übersetzung von 1 zu 14 bereit. Wenn der Verbrennungsmotor bei dem Anfahrvorgang ein Drehmoment von bspw. 100 Nm bereitstellt. ergibt sich dadurch ein Achsmoment von 1400 Nm beim Anfahren. Bspw. kann das von der Elektromaschine 8 aufgebrachte Anfahrmoment ca. 25% bzw. ¼ des Anfahrmomentes des Verbrennungsmotors erreichen. Wenn nun ¼ von 1400 Nm, d. h. 350 Nm an der Achse von der Elektromaschine 8 aufgebracht werden sollen, so ist daher bei einem Übersetzungsverhältnis von 1 zu 9 der Planetengetriebestufe 14 ein Anfahrmoment von 40 Nm erforderlich. Soll dieses Drehmoment bis zu 35 km/h aufgebracht werden, entspricht dies ca. 3000 Umdrehungen pro Minute der Elektromaschine 8. Um 40 Nm bei 3000 Umdrehungen pro Minute aufzubringen ist eine Leistung von 12 kW der Elektromaschine 8 erforderlich. Das Beispiel zeigt, dass eine relativ klein dimensionierte Elektromaschine 8 ausreicht, um den Anfahrvorgang wirksam zu unterstützen. Die Elektromaschine 8 kann eine Leistung von 8 kW bis 11 kW aufweisen
Der Antriebsstrang 1 ist insbesondere für den Einsatz in Klein- oder Kleinstfahrzeugen mit anspruchsvollen Bauraum- und Gewichtsvorgaben geeignet. Mit diesem Antriebsstrang 1 sind Minimalverbräuche erzielbar. Zur Erreichung der Minimalverbräuche wird auf eine Hybridisierung des Antriebsstranges mittels der Elektromaschine 8 zurückgegriffen. Der Antriebsstrang 1 weist einen achsparallelen Hybridantrieb (nicht näher bezeichnet) auf. Die Elektromaschine 8 ist hier in besonders einfacher Weise mit dem Antriebsstrang 1 gekoppelt. Die Kopplung der Elektromaschine 8 erfolgt zur Erzielung von Kosten- und Verbrauchsvorteilen. Vzw. ist das Wechselgetriebe 2 als einfaches Zwei-Wellen-Getriebe ausgebildet. Als alternative Ausgestaltung könnte das Wechselgetriebe 2 auch als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein. Das Wechselgetriebe 2 weist einen Zahnradsatz mit einer langen Übersetzung auf. Zusätzlich ist die Planetengetriebestufe 14 mit dem Sonnenrad 15, dem Planetenrad 16 und dem Hohlrad 17 vorgesehen. Diese Planetengetriebestufe 14 ist starr bzw. nicht abkoppelbar mit dem Differential 7 gekoppelt. Die Gesamtübersetzung des Wechselgetriebes 2 mit der Planetengetriebestufe 14 beträgt vzw. in etwa i = 9, insbesondere i = 9.1. Die Planetengetriebestufe 14 kann einen Achsabstand von ca. 125 mm zum Differential 7 aufweisen. Die Elektromaschine 8 ist über einen Flansch 20 mit dem Getriebegehäuse 3 verbunden.
Im Folgenden darf auf die Anbindung der Elektromaschine 8 an das Getriebegehäuse 3 und die Lagerung des Rotors 9 der Eingangswelle 11 und der Triebwelle 19 näher eingegangen werden.
Der Rotor 9 ist mit der Eingangswelle 11 über eine Steckverzahnung 21 verbunden. Die Eingangswelle 11 ist dazu zumindest an ihrem flanschseitigen Ende 22 hohl ausgebildet. Der Rotor 9 ist in das hohle Ende 22 der Eingangswelle 11 eingesteckt. In der dargestellten Ausgestaltung der Eingangswelle 11 ist die Eingangswelle 11 komplett hohl ausgebildet. Das andere Ende 23 der Eingangswelle 11 weist einen geringeren Durchmesser auf. Das Ende 23 der Eingangswelle 11 ist der Elektromaschine 8 abgewandt. Die Leistungsübertragung erfolgt von der Elektromaschine 8 auf den Planetenradsatz über die Steckverzahnung 21. Der Rotor 9 der Elektromaschine 8 ist dabei an seinem eingesteckten Ende 24 mit einer nicht näher dargestellten Außenverzahnung versehen. Die Außenverzahnung greift in eine entsprechend Eingangsverzahnung (nicht dargestellt) der Eingangswelle 11 ein.
Die Eingangswelle 11 ist mittels eines Festlagers 25 und eines Loslagers 26 gelagert. Das Festlager 25 ist im Getriebegehäuse 3 abgestützt. Das Loslager 26 ist zwischen dem Außenumfang (nicht näher bezeichnet) der Eingangswelle 11 und dem Innenumfang der Triebwelle 19 angeordnet. Das Loslager 26 ist innerhalb eines der Elektromaschine 8 abgewandten Endbereich 27 angeordnet. Die Übersetzung des an dem Rotor 9 anliegenden Drehmomentes erfolgt in zwei Stufen. Die Planetengetriebestufe 14 bildet eine erste Übersetzungsstufe (nicht näher bezeichnet). Im vorliegenden Fall bildet die Eingangswelle 11 das Sonnenrad 15. Der Abtrieb erfolgt über den Planetenträger 18 bzw. den Steg über die Triebwelle 19. Das Hohlrad 17 ist gehäusefest angeordnet. Hierdurch wird eine maximale Übersetzung erzielt. Das Hohlrad 17 ist gegenüber dem Getriebegehäuse 3 bzw. gegenüber dem Kupplungsgehäuse 5 nicht wälzgelagert. Die Drehzahl der Planetenräder 16 ist gering und die Differenzdrehzahl zwischen der Eingangswelle 11 und der Triebwelle 19 ist ebenfalls gering.
Die Triebwelle 19 ist ebenfalls mittels eines Festlagers 28 und eines Loslagers 29 gelagert. Das Festlager 28 stützt sich am Außenumfang (nicht näher bezeichnet) der Eingangswelle 11 ab. Das Loslager 29 umgibt den Endbereich 27 der Triebwelle. Das Loslager 29 ist im Kupplungsgehäuse 3 angeordnet. Das Kupplungsgehäuse 3 weist eine Aufnahme 30 auf, in die das Loslager 26 aufgenommen ist. Der Endbereich 27 der Triebwelle 19 und das Ende 23 der Eingangswelle 11 ragen in die Aufnahme 30 hinein. Die Aufnahme 30 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Durch die Anordnung des Festlagers 28 zwischen der Triebwelle 19 und der Eingangswelle 11 ist eine gute Zentrierbarkeit der Planetenräder 16 gewährleistet. Durch die Lagerung der Antriebswelle 11 und der Triebwelle 19 im Getriebegehäuse 3 bzw. im Kupplungsgehäuse 5 mittels der Loslager 29 und 26 ist eine gute Montierbarkeit gegeben.
Die Triebwelle 19 greift direkt in das Achsantriebsrad 12 ein. Durch den Eingriff der Triebwelle 19 in das Achsantriebsrad 12 ist eine zweite Übersetzungsstufe realisiert. Die zweite Übersetzungsstufe ist durch die geometrischen Bedingungen und den Bauraum im Wesentlichen vorbestimmt. Bspw. kann die zweite Übersetzungsstufe eine Übersetzung von 2 bis in etwa 2.5 aufweisen. Die Planetengetriebestufe 14 ermöglicht bspw. eine Übersetzung von 3 bis 4.5. Dadurch ergibt sich für die Auslegung der Gesamtübersetzung bspw. eine Übersetzung von ca. i = 7 bis i = 11. In der vorliegenden Ausgestaltung des Wechselgetriebes 2 kann eine Gesamtübersetzung von insbesondere i = 9 realisiert sein.
Das Wechselgetriebe 2 ist öldicht ausgeführt. Der Rotor 9 oder die Eingangswelle 11 ist dazu mit einer Rotationsdichtung 31 versehen. Die Rotationsdichtung 31 dient dazu, einen Ölaustritt aus dem Getriebegehäuse 3 in Richtung der Elektromaschine 8 zu verhindern. Die Verwendung einer weiteren Rotationsdichtung in der ölfreien Elektromaschine 8 kann dadurch überflüssig sein.
Die Komponenten des Wechselgetriebes 2 werden im Getriebegehäuse 3 und im Kupplungsgehäuse 5 vormontiert. Das Loslager 29 der Triebwelle 19 ist vzw. im Kupplungsgehäuse 5, insbesondere in der Aufnahme 30 vormontiert. Zur Endmontage wird das Kupplungsgehäuse 5 auf das Getriebegehäuse 3 gefügt. Danach werden entsprechende Sicherungsringe (nicht näher dargestellt) eingesetzt. Anschließend wird die Rotationsdichtung 31 eingesetzt. Das Hohlrad 17 kann am Kupplungsgehäuse 5 vormontiert sein. Das Hohlrad 17 kann in alternativer Ausgestaltung den Umfang des Montage-Zusammenbaus bilden und nach dem Zusammenfügen des Gehäuseaufbaus mittels Schrauben an dem Kupplungsgehäuse 5 befestigt werden. Konstruktiv sind beide Zusammenbaumöglichkeiten darstellbar.
Im Folgenden darf auf eine besonders bevorzugte Lagerung der Elektromaschine 8 anhand von 4 näher eingegangen werden.
In der dargestellten, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Elektromaschine 8 ist der Rotor 9 im Wesentlichen einfach gelagert. Ein dem Wechselgetriebe 2 abgewandter Endbereich 32 des Rotors 9 ist mittels eines Festlagers 33 gelagert. Das Festlager 33 ist insbesondere als Wälzlager (nicht näher bezeichnet) ausgebildet. Andererseits ist ein Loslager 34 vorgesehen, an dem der Rotor 9 im nicht montierten Zustand der Elektromaschine 8 abgestützt ist. Das Loslager 34 ist insbesondere als Gleitlager 35 ausgebildet. Das Gleitlager 35 ist spielbehaftet an dem Endbereich 36 der Elektromaschine 8 angeordnet. Der Endbereich 36 ist dabei dem Flansch 20 zugewandt. Dieses Gleitlager 35 ist so ausgeführt, dass sämtliche Anforderungen bzgl. der Lagerung des Rotors 9 bis zur Endmontage erfüllt sind.
Das Gleitlager 35 ist derart spielbehaftet, dass das Gleitlager 35 durch die Steckverzahnung 21 im montierten Zustand der Elektromaschine 8 entlastet ist. Das Gleitlager 35 weist vzw. ein Radialspiel auf, so dass nach der Endmontage der Elektromaschine 8 keine oder nur eine geringe Reibung am Gleitlager 35 auftritt. Dazu ist das Gleitlager 35 vzw. so groß wie möglich ausgebildet. Die Größe des Gleitlagers 35 ist dabei vzw. an den minimalen Ringspalt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 9 angepasst. Die Grenze für die Größe des Gleitlagers 35 bildet der minimale Ringspalt zwischen dem Stator 10 und dem Rotor 9 oder die maximalen zulässigen Winkelfehler im Festlager 33. Das Festlager 33 kann insbesondere als Rillenkugellager ausgebildet sein. Durch dieses spielbehaftetes Gleitlager 35 ist es möglich, anstatt eines massiven Lagerschildes flanschseitig ein dünnes Schottblech 37 vorzusehen, wobei an dem Schottblech 37 das Gleitlager 35 angeordnet ist. Das Gleitlager 35 ist zwischen dem Schottblech 37 und dem Rotor 9 angeordnet. Die Elektromaschine 8 weist keine zusätzliche Rotationsdichtung auf, sondern wird gegenüber dem Getriebegehäuse 3 vzw. nur mit einer Dichtung zwischen dem Schottblech 37 und dem Getriebegehäuse 3 abgedichtet.
Dadurch, dass das Gleitlager 35 nach der Montage der Elektromaschine entlastet ist, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Lagerung des Rotors 9. Nach der Montage bildet die Steckverzahnung 21 ein Loslager für den Rotor 9. Die Verwendung des Gleitlagers 35 hat gegenüber eine konventionellen Fest-Los-Lagerung der Elektromaschine 8 den Vorteil, dass die Lagerung des Rotors 9 nach dem Fügen durch die Steckverzahnung 21 nicht überbestimmt ist. Dies hat den Vorteil, dass das höher belastete Festlager 25 und das Loslager 26 der Eingangswelle 11 im Ölnebel des Wechselgetriebes 2 angeordnet ist. Durch diese Lageranordnung ist die Lagerung des Rotors 9 nicht überbestimmt.
Im Folgenden werden drei verschiedene Ausgestaltungen des weiteren Antriebsstrang 1a, 1b, 1c anhand der 5, 6 und 7 näher erläutert.
Die Antriebsstränge 1a, 1b, 1c weisen jeweils einen Verbrennungsmotor 38 auf. Der Verbrennungsmotor 38 kann insbesondere als Zweizylindermotor oder Dreizylindermotor ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor 38 kann insbesondere als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor 38 ist jeweils mit dem Wechselgetriebe 2 aus den 1 bis 4 gekoppelt.
An das Wechselgetriebe 2 ist die Elektromaschine 8 angeflanscht. Die Elektromaschine 8 ermöglicht ein elektrisches Anfahren und Rangieren des nicht näher bezeichneten Kraftfahrzeuges. Ferner ist mit der Elektromaschine 8 eine elektromotorische Konstantfahrt möglich. Die Fahrleistung des Kraftfahrzeuges kann mit der Elektromaschine 8 erhöht werden bzw. die Elektromaschine 8 kann als Anfahrhilfe dienen. Ziel ist es eine Kraftstoffeinsparung gegenüber einem nicht hybridisierten Antriebsstrang von mehr als 15% zu erzielen. Ferner kann Energie mit der Elektromaschine 8 vorzugsweise zurückgewonnen werden.
Ein Vorteil der Elektromaschine 8 ist, dass ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten mit der Elektromaschine 8 möglich ist. Während die Kupplung 4 geöffnet ist, kann die Elektromaschine 8 einen Teil des Drehmoments des Verbrennungsmotors aufbringen und so das Kraftfahrzeug auch bei einer geöffneten Kupplung 4 antreiben:
Beim Hochschalten von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 99% bezogen auf die höhere, zweite Gangstufe aufbringen. Beim Hochschalten von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 58% bezogen auf die höhere, dritte Gangstufe aufbringen. Beim Hochschalten von der dritten Gangstufe in die vierte Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 35% bezogen auf die höhere, vierte Gangstufe aufbringen. Beim Hochschalten von der vierten Gangstufe in die fünfte Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 17% bezogen auf die höhere, fünfte Gangstufe aufbringen.
Beim Runterschalten von der fünften Gangstufe in die vierte Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 33% bezogen auf die höhere, fünfte Gangstufe aufbringen. Beim Runterschalten von der vierten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 58% bezogen auf die höhere, vierte Gangstufe aufbringen. Beim Runterschalten von der dritten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 79% bezogen auf die höhere, dritte Gangstufe aufbringen. Beim Runterschalten von der zweiten Gangstufe in die erste Gangstufe kann die Elektromaschine 8 eine Momentenfüllung von 99% bezogen auf die höhere, zweite Gangstufe aufbringen.
Zum Start des Verbrennungsmotors 38 ist zusätzlich zur Elektromaschine 8 der Starter 6 vorgesehen. Der Starter 6 kann bspw. als 12-Volt-Starter ausgebildet sein.
Vzw. ist ein Generator 39 vorgesehen (6 und 7). Die in 6 und 7 dargestellten Antriebsstränge 1b, 1c bilden einen Full-Hybrid. Der Generator 39 ist mit dem Verbrennungsmotor 38 verbunden. Der Generator 39 wird von dem Verbrennungsmotor 38 angetrieben.
Ferner ist ein Getriebesteuergerät 44 vorgesehen, das über eine entsprechende Steuerleitung (nicht näher bezeichnet) mit dem Wechselgetriebe 2 verbunden ist. Des Weiteren ist eine Hochspannungsbatterie 45 vorgesehen. Die Hochspannungsbatterie 45 ist über entsprechende Leistungselektronik 46 mit der Elektromaschine 8 verbunden. Über weitere Leistungselektronik 46 ist die Hochspannungsbatterie 45 ferner mit dem Generator 39 verbunden. Ferner ist eine Niederspannungsbatterie 47, bspw. eine 12-Volt-Batterie, insbesondere eine 12-Volt-Blei-Batterie vorgesehen. Die Niederspannungsbatterie 47 ist über einen Gleichstrom bzw. Gleichstromwandler 48 mit der Hochspannungsbatterie 45 verbunden.
Ferner ist ein Motorsteuergerät 49 vorgesehen. Das Motorsteuergerät 49 ist über entsprechende Steuerleitungen 50 mit dem Getriebesteuergerät 44 und dem Generator 39 verbunden.
In der in 5 dargestellten Ausgestaltung ist ein LIN-Generator 40 vorgesehen, wobei der LIN-Generator 40 von dem Verbrennungsmotor 38 angetrieben ist. Der LIN-Generator 40 stellt eine Bordnetzspannung von bspw. 12 Volt bereit, um eine Spannungsversorgung bei einem Stillstand des Kraftfahrzeuges zu gewährleisten. Die in 5 dargestellte Ausgestaltung weist ferner einen mechanischen Klimakompressor 51 auf. Der mechanische Klimakompressor 51 wird von dem Verbrennungsmotor 38 angetrieben. Die in 5 dargestellte Ausgestaltung weist keine Standklimatisierung auf. Das heißt der Verbrennungsmotor 38 kann nur im laufenden Zustand den mechanischen Klimakompressor 51 antreiben, um eine Klimatisierung des Kraftfahrzeuges bereitzustellen. Mit dem LIN-Generator 40 wird die Hochspannungsbatterie 45 geladen.
In der 6 dargestellten Ausgestaltung ist der Generator 39 als Riemenstartergenerator 41 ausgebildet. Der Riemenstartergenerator 41 stellt eine Hochspannung bspw. ca. 130 V bereit. Es ist ferner ein Hochspannungs-Klimakompressor 42 vorgesehen. Die in 6 dargestellte Ausgestaltung ermöglicht eine Standklimatisierung, da der Hochspannungs-Klimakompressor 42 von der Hochspannungsbatterie 45 gespeist werden kann und so auch bei abgeschalteten Verbrennungsmotor 38 der Innenraum des Kraftfahrzeuges klimatisierbar ist.
In der in 7 dargestellten Ausgestaltung ist ebenfalls ein Hochspannungsklimakompressor 42 vorgesehen, wodurch eine Standklimatisierung ermöglicht ist. Ferner ist zwischen dem Verbrennungsmotor 38 und dem Wechselgetriebe 2 eine weitere Elektromaschine 43, vzw. ein Kurbelwellenstartergenerator 43a angeordnet. Die weitere Elektromaschine 43 kann zum einen als Generator 39 dienen, wobei der Verbrennungsmotor 38 mittels des Generators 39 Strom erzeugt, der die Hochspannungsbatterie 45 speist. Wenn die nicht näher dargestellte Kupplung 4 des Wechselgetriebes 2 geöffnet ist, kann der Verbrennungsmotor 38 die weitere Elektromaschine 43 antreiben und so über die Leitungen 50 die Hochspannungsbatterie 45 laden. Die durch die weitere Elektromaschine 43 gewonnene Energie kann ferner zum Betrieb der Elektromaschine 8 verwendet werden. Zum anderen kann die weitere Elektromaschine 43 als Elektromotor eingesetzt werden, um das Wechselgetriebe 2 und damit das Kraftfahrzeug anzutreiben.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
1a: Antriebsstrang
1b: Antriebsstrang
1c: Antriebsstrang
2: Wechselgetriebe
3: Getriebegehäuse
4: Kupplung
5: Kupplungsgehäuse
6: Starter
7: Differential
8: Elektromaschine
9: Rotor
10: Stator
11: Eingangswelle
12: Achsantriebsrad
13: Gelenkwelle
14: Planetenstufe
15: Sonnenrad
16: Planetenrad
17: Hohlrad
18: Planetenträger
19: Triebwelle
20: Flansch
21: Steckverzahnung
22: Ende
23: Ende
24: Ende
25: Festlager
26: Loslager
27: Endbereich
28: Festlager
29: Loslager
30: Aufnahme
31: Rotationsdichtung
32: Endbereich
33: Festlager
34: Loslager
35: Gleitlager
36: Endbereich
37: Schottblech
38: Verbrennungsmotor
39: Generator
40: LIN-Generator
41: Riemenstartergenerator
42: Klimakompressor
43: Elektromaschine
43a: Kurbelwellenstartergenerator
44: Getriebesteuergerät
45: Hochspannungsbatterie
46: Leistungselektronik
47: Niederspannungsbatterie
48: Gleichspannung/Gleichspannungswandler
49: Motorsteuergerät
50: Steuerleitung
51: Klimakompressor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006027709 A1 [0002]

Claims

Antriebsstrang (1, 1a, 1b, 1c) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wechselgetriebe (2), mit einem Differential (7) und mit einer Elektromaschine (8), wobei die Elektromaschine (8) einen Rotor (9) und einen Stator (10) aufweist, wobei das Wechselgetriebe (2) eine Eingangswelle (11) aufweist, wobei die Eingangswelle (11) mit dem Rotor (9) verbunden ist, wobei das Wechselgetriebe (2) mit dem Differential (7) in Eingriff steht, wobei das Wechselgetriebe (2) eine Planetengetriebestufe (14) aufweist, wobei die Planetengetriebestufe (14) ein Sonnenrad (15), mindestens ein Planetenrad (16) und ein Hohlrad (17) aufweist, wobei die Planetengetriebestufe (14) von der Eingangswelle (11) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebestufe (14) eine feste Übersetzung zwischen dem Rotor (9) und dem Differential (7) bereitstellt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebestufe (14) einen Planetenträger (18) aufweist, wobei an dem Planetenträger (18) die Planetenräder (16) drehbar gelagert sind und der Planetenträger (18) mit einer Triebwelle (19) drehfest verbunden ist, wobei die Planetengetriebestufe (14) über die Triebwelle (19) das Differential (7) antreibt.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differential (7) ein Achsantriebsrad (12) aufweist und das Achsantriebsrad (12) über die Triebwelle (19) angetrieben ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwelle (19) die Eingangswelle (11) umgibt.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (11) mittels eines Festlagers (25) und eines Loslagers (26) gelagert ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwelle (19) mittels eines Festlagers (28) und eines Loslagers (29) gelagert ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) über einen Flansch (20) mit dem Getriebegehäuse (3) verbunden ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) über eine Steckverzahnung (21) mit der Eingangswelle (11) verbunden ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager (25) der Antriebswelle (11) und/oder das Festlager (28) der Triebwelle (19) an einem flanschseitigen Ende der Eingangswelle (11) bzw. der Triebwelle (19) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) oder die Eingangswelle (11) von einer Rotationsdichtung (31) umgeben ist, wobei die Rotationsdichtung (31) das Getriebegehäuse (3) gegenüber der Elektromaschine (8) öldicht abdichtet.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (9) mittels eines Festlagers (33) und eines als Gleitlagers (35) ausgebildeten Loslagers (34) gelagert ist, wobei das Gleitlager (35) an einem flanschseitigen Endbereich (36) des Rotors (9) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (35) derart spielbehaftet ist, dass das Gleitlager (35) durch die Steckverzahnung (21) im montierten Zustand der Elektromaschine (8) entlastet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (8) oberhalb einer mit dem Differential (7) verbundenen Welle, insbesondere oberhalb einer Gelenkwelle (13) angeordnet ist.