DE102011007456A1

DE102011007456A1 - Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011007456A1
Application number: DE102011007456A
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Frank Steiner; Matthias Sperber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebseinheit (3, 53, 103, 153, 203, 253), eine zweite Antriebseinheit (5, 55, 105, 155, 205, 255), eine erste Getriebestufe (7, 57, 107, 157, 207, 257), sowie ein Planetengetriebe (13, 63, 113, 163, 213, 263) mit einer Anzahl von Eingangsstufen (17, 21, 67, 71, 117, 137, 167, 187, 217, 229, 267, 279) wobei die erste Antriebseinheit (3, 53, 103, 153, 203, 253) abtriebsseitig über die erste Getriebestufe (7, 57, 107, 157, 207, 257) mit einer ersten Eingangsstufe (17, 67, 117, 167, 217, 267) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist. Hierbei ist die zweite Antriebseinheit (5, 55, 105, 155, 205, 255) abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe (19, 69, 119, 169, 219, 269) mit der zweiten Eingangsstufe (21, 71, 137, 187, 229, 279) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt. Eine derartige Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) ermöglicht eine einfach umsetzbare und kostengünstige Hybridisierung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger kontinuierlicher Variation der Getriebeübersetzung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebseinheit, eine zweite Antriebseinheit, eine erste Getriebestufe, sowie ein Planetengetriebe mit einer Anzahl von Eingangsstufen, wobei die erste Antriebseinheit abtriebsseitig über die erste Getriebestufe mit einer ersten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt ist.
Hintergrund der Erfindung
Bei einer Hybridantriebseinheit werden üblicherweise zwei Antriebseinheiten, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor, miteinander kombiniert. Durch diese Kombination ist es möglich, den Verbrennungsmotor unter wesentlich verbrauchsgünstigeren Bedingungen zu betreiben, da die für den Verbrennungsmotor ungünstigen Betriebsbereiche durch den Elektromotor abgefedert werden können.
Insgesamt kann der Verbrennungsmotor so speziell auf die gewünschten Bedingungen optimiert werden, ohne dass dabei die Eignung als dauerhaft alleiniger Fahrzeugantrieb gewährleistet bleiben müsste.
Weiterhin kann ein Verbrennungsmotor eines Hybridantriebs bzw. einer Hybridantriebseinheit häufiger und länger in einem günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden. Anfallende überschüssige Energie wird über einen Generator für die Ladung eines Akkumulators verwendet, der wiederrum Energie zum Betrieb des Elektromotors zur Verfügung stellt.
Aus der DE 202 00 633 U1 ist ein Hybridantrieb bekannt, der eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit und eine als Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinheit aufweist. Die Antriebseinheiten sind durch ein stufenloses CVT-Getriebe miteinander verbunden. Weiterhin ist aus der DE 202 00 633 U1 bekannt, einen derartigen Hybridantrieb mit einem Planetengetriebe zu kombinieren, wobei die jeweiligen Komponenten des Planetengetriebes von dem Verbrennungsmotor bzw. dem Elektromotor angetrieben werden.
Aus der EP 1 572 486 B1 ist eine Hybridantriebsanordnung mit zwei Antriebseinheiten bekannt, von denen die eine als eine Brennkraftmaschine und die zweite als eine Elektromaschine ausgebildet ist. Die Hybridantriebsanordnung gemäß der EP 1 572 486 B1 umfasst ebenfalls ein CVT-Getriebe (continous variable transmission) zur stufenlosen Übersetzung, welches zwischen einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Antriebswelle und einer mit der Elektromaschine verbundenen Triebwelle angeordnet ist.
Zwar kann durch den Einsatz eines CVT-Getriebes die gewünschte stufenlose Übersetzung erreicht werden, aufgrund des benötigten Mindestbauraums innerhalb eines Kraftfahrzeugs und des vergleichsweise hohen Gewichts stellt der Einsatz einer Hybridantriebseinheit mit einem CVT-Getriebe keine dauerhaft wirtschaftliche Lösung dar.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte, kostengünstige und vielfache einsetzbare Hybridantriebseinheit anzugeben, die eine Hybridisierung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bei gleichzeitiger kontinuierlicher Variation der Getriebeübersetzung ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebseinheit, eine zweite Antriebseinheit, eine erste Getriebestufe, sowie ein Planetengetriebe mit einer Anzahl von Eingangsstufen, wobei die erste Antriebseinheit abtriebsseitig die erste Getriebestufe mit einer ersten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die zweite Antriebseinheit abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe mit der zweiten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt ist.
Die Erfindung berücksichtigt, dass sich die zur stufenlosen Übersetzung in einem Kraftfahrzeug bislang eingesetzten CVT-Getriebe aufgrund des benötigten Mindestbauraums und des vergleichsweise hohen Gewichts, auch in Kombination mit weiteren Getriebekomponenten wie Planetengetrieben, nicht für kleine Bauräumen und für Motoren mit geringem Gewicht eignen.
Zusätzlich wird für die Verstellung eines CVT-Getriebes und die damit verbundene Übersetzungsänderung Energie benötigt, die im Betrieb von einer der eingesetzten Antriebseinheiten zur Verfügung gestellt wird. Diese Energie kann somit nicht mehr in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet werden, woraus in der Summe ein geringerer Wirkungsgrad der Hybridantriebseinheit resultiert. Der Einsatz eines CVT-Getriebes ist somit insgesamt nicht für den dauerhaften Einsatz in einer Hybridantriebseinheit eignen.
Allerdings muss auch bei einem Verzicht auf ein CVT-Getriebe die Anpassung der Drehzahlen der eingesetzten Antriebseinheiten entsprechend gewährleistet sein, um eine störungsfreie Funktion der Hybridantriebseinheit zu ermöglichen.
Die Erfindung erkennt, dass diese Anpassung überraschend einfach durch eine Hybridantriebseinheit erreicht werden kann, deren zweite Antriebseinheit abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe mit der zweiten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt ist. Die Drehzahl der zweiten Antriebseinheit wird durch den Einsatz der zweiten Getriebestufe derart geändert werden, dass sie bei der Einkopplung ein das Planetengetriebe die entsprechend benötigte Ausgangsdrehzahl hat. Die zweite Getriebestufe ermöglicht somit vor der Einkopplung in das Planetengetriebe die notwendige Anpassung des Drehzahlniveaus beider Antriebseinheiten aneinander, ohne dass hierfür der Einsatz eines CVT-Getriebes notwendig ist.
Die Ausgestaltung ermöglicht besonders eine kleine Bauweise in radialer Richtung, so dass die Hybridantriebseinheit beispielsweise in die Radnabe eines angetriebenen leichten Zweirads eingebaut werden kann. Der Einsatz wird auch durch das gegenüber gängigen Hybridantriebseinheiten verringerte Gewicht ermöglicht. Weiterhin kann die Leistung der ersten Antriebseinheit im Wesentlichen vollständig in das Planetengetriebe eingekoppelt werden. Ein Energie bzw. Leistungsverlust ist nicht zu verzeichnen, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Hybridantriebseinheit auswirkt.
Weiterhin kann die Anpassung der Drehzahlen aneinander und die Leistungssummierung beider Antriebseinheiten im Planetengetriebe insbesondere zu einer Verkleinerung der ersten Antriebseinheit genutzt werden, so dass die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe verringert werden können. Alternativ kann bei gleichbleibendem Bauraum die Leistung der Hybridantriebseinheit erhöht werden.
Insgesamt kann durch ein fest eingestelltes Übersetzungsverhältnis sowohl eine Reduzierung des Bauraums, ein verringertes Gewicht des Getriebes als auch eine Erhöhung des Wirkungsgrades umgesetzt werden.
Als Übersetzung eines Getriebes wird grundsätzlich das Verhältnis zwischen einer Antriebsdrehzahl und einer Abtriebsdrehzahl bezeichnet. Durch die Übersetzung soll die Abtriebswelle eine geforderte Drehzahl erreichen, die in den Antriebsstrang des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Die Anpassung der Drehzahlen der Antriebseinheiten am Getriebeausgang wird üblicherweise in Abhängigkeit des Verhältnisses der Zähnezahlen von Eingangs- und Ausgangszahnrad erreicht. Der Wirkungsgrad eines Getriebes ergibt sich hierbei aus dem Verhältnis der Abtriebsleistung zur Antriebsleistung.
Eine der am weitesten verbreiteten Hybridvarianten für Kraftfahrzeuge ist die Kombination von mindestens zwei verschiedenen Antrieben. Hierbei wird zumeist ein Verbrennungsmotor als Hauptenergiequelle und zusätzlich ein Elektromotor eingesetzt. Die Leistungen beider Motoren werden dann so aufeinander abgestimmt, dass sich für die verschiedenen Fahrzyklen die optimalen Fahreigenschaften ergeben. Insbesondere ist somit die erste Antriebseinheit von der zweiten Antriebseinheit verschieden ausgebildet.
Die erste Antriebseinheit kann hierbei beispielsweise als ein Verbrennungsmotor ausgebildet sein, wohingegen als zweite Antriebseinheit üblicherweise ein Elektromotor eingesetzt wird. Selbstverständlich ist alternativ die Kombination anderer Antriebseinheiten oder auch zusätzlicher Antriebseinheiten möglich.
Eine Getriebestufe ermöglicht grundsätzlich die Anpassung einer gegebenen Eingangsdrehzahl an eine geforderte Ausgangsdrehzahl. Vorliegend kann über die erste Getriebestufe die Drehzahl der ersten Antriebseinheit derart geändert werden, dass sie bei der Einkopplung in das Planetengetriebe die entsprechend benötigte Ausgangsdrehzahl hat. Häufig werden hierzu Zahnradgetriebe eingesetzt, bei welchen ein erstes antreibendes Zahnrad in ein zweites angetriebenes Zahnrad eingreift. Weiterhin können auch Riemen- oder Kettentriebe eingesetzt werden, die sich durch ihr Lastübertragungsmittel, also den Riemen oder die Kette auszeichnen. Alternativ sind selbstverständlich auch andere Getriebearten bzw. Getriebestufen denkbar, die die Einstellung eines festen Übersetzungsverhältnisses ermöglichen.
Ein Vorteil des Einsatzes eines Planetengetriebes zur stufenlosen Übersetzungsänderung in einer Hybridantriebseinheit liegt gegenüber anderen Getriebebauarten insbesondere in der Möglichkeit, eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last, also ohne Unterbrechung des Kraftflusses, zu erreichen. Das Planetengetriebe ist ein kompaktes Zahnradgetriebe und ermöglicht aufgrund seiner kompakten Bauform eine im Verhältnis zu anderen Getriebebauarten große Leistungsdichte und eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum. Gleichzeitig erfüllt ein Planetengetriebe die Anforderungen an ein möglichst geringes Konstruktions- bzw. Getriebegewicht. Hierbei kann das Planetengetriebe je nach gefordertem Über- oder Untersetzungsverhältnis mit einer oder mehreren Planetenradstufen ausgebildet sein.
Die einfachste Form eines Planetengetriebes, ein sogenanntes einstufiges Planetengetriebe, besteht grundsätzlich aus einem Sonnenrad, einer Anzahl von Planetenrädern, einem Planetenradträger und einem Hohlrad. Das Sonnenrad ist hierbei über das oder jedes der eingesetzten Planetenräder mit dem innenverzahnten Hohlrad formschlüssig verbunden, wobei die Zahnräder durch die Innenverzahnung des Hohlrades kompakt und platzsparend angeordnet werden können. Die Planetenräder sind zweckmäßigerweise an einem Planetenträger angeordnet, der wiederum mit der Abtriebswelle verbunden sein kann und so für die Kraftübertragung am Abtrieb sorgt.
Die Planetenräder, die zweckmäßigerweise an einem Planetenträger angeordnet sind, können beispielsweise in einer Ebene am Innenumfang des Hohlrads angeordnet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Planetenträger üblicherweise mit einer Abtriebswelle verbunden oder mit einer zusätzlich dem Planetengetriebe nachgeschalteten weiteren Getriebestufe gekoppelt.
Alternativ oder zusätzlich können die Planetenräder auf einer Achse benachbart angeordnet sein. In diesem Fall spricht man von einem gestuften Doppelplanetengetriebe, welches sich insbesondere durch die Möglichkeit der Übersetzungsänderung bei geringem radialem Bauraum auszeichnet. Grundsätzlich kann das Planetenrad eines Doppelplanetengetriebes aus zwei Teilrädern mit unterschiedlichen Verzahnungen und/oder Durchmessern gefertigt sein, die axial benachbart auf einer Achse angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind. Alternativ kann das Planetenrad auch als ein einteiliger gestufter Doppelplanet gefertigt sein. Auch bei einer solchen Ausgestaltung sind am Außenumfang des Planetenrads unterschiedlichen Verzahnungen vorgesehen und auch der Durchmesser der Stufen kann variabel gewählt sein.
Weiterhin ist neben dem Einsatz eines gestuften Doppelplanetengetriebes auch der Einsatz eines mehrfach gestuften Planetengetriebes denkbar, so dass sich beispielsweise Verzweigungen auf mehrere Abtriebe umsetzen lassen. Durch die unterschiedlichen Verzahnungen kann das gewünschte Über- oder Untersetzungsverhältnis eingestellt werden, da Drehzahl von der Zähnezahl abhängig ist.
Auch die Ausbildung der zweiten Getriebestufe als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe oder mehrfach gestuftes Planetengetriebe ist anforderungsbedingt selbstverständlich möglich.
Grundsätzlich können entweder das Sonnenrad, der Planetenradträger oder das Hohlrad treibend, angetrieben oder festgebremst sein. Bei einem durch eine Antriebswelle angetriebenen Sonnenrad überträgt dieses das Drehmoment über das Hohlrad auf die im Planetenradträger gelagerten Planetenräder. Durch die Verbindung des Planetenradträgers mit einer Abtriebswelle kann dann, wie bereits beschrieben, in Abhängigkeit der Zähnezahl der Zahnräder eine Über- bzw. Untersetzung des Getriebes erreicht werden.
Ein Planetengetriebe kann im Zweiwellenbetrieb und im Dreiwellenbetrieb arbeiten. Bei Getrieben in Dreiwellenbauart wird die Leistung der Antriebseinheiten über zwei parallel zur Abtriebswelle liegende Antriebswellen in das Planetengetriebe gekoppelt wohingegen bei Zweiwellengetrieben die Leistung nur einer Antriebseinheit in das Planetengetriebe gekoppelt wird. Die Antriebsdrehzahlen können grundsätzlich frei gewählt werden, bzw. sind über die Antriebseinheiten festgelegt. Die Abtriebsdrehzahl hingegen ist durch die jeweilige Antriebsdrehzahl eindeutig bestimmt.
Die Einkopplung der Leistung von den Antriebseinheiten in das Planetengetriebe wird über die Eingangsstufen realisiert. Als Eingangsstufe wird vorliegend jeweils eine Getriebestufe mit einem antreibenden Zahnrad und zumindest einem angetriebenen Zahnrad des Planetengetriebes bezeichnet. Beispielsweise kann die Eingangsstufe ein von einer Antriebsstufe angetriebenes Hohlrad oder Sonnenrad umfassen, welches mit einem oder mehreren Planetenrädern in Eingriff steht.
Mit anderen Worten ist das Planetengetriebe als eine sogenannte getriebliche Kopplungsstufe zur Leistungssummierung beider Antriebseinheiten im Planetengetriebe ausgebildet.
Wie auch die Eingangsstufe bezeichnet die Abtriebsstufe jeweils eine Getriebestufe mit einem antreibenden Zahnrad und zumindest einem angetriebenen Zahnrad des Planetengetriebes. Die Abtriebsstufe kann somit beispielsweise ein angetriebenes Hohlrad oder auch ein angetriebenes Sonnenrad umfassen, welches mit einem oder mehreren Planetenrädern in Eingriff steht. Die im Planetengetriebe summierte Leistung kann somit von diesem ausgehend aus über zumindest eine derartige Abtriebsstufe in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingekoppelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Getriebestufe durch einen Endlostrieb mit einem Antriebsrad und einem Abtriebsrad gebildet und weist ein festes Übersetzungsverhältnis auf. Das feste Übersetzungsverhältnis ermöglicht insbesondere eine kleine Bauweise in radialer Richtung, so dass die Hybridantriebseinheit beispielsweise in die Radnabe eines angetriebenen leichten Zweirads eingebaut werden kann. Der Einsatz wird auch durch das gegenüber gängigen Hybridantriebseinheiten verringerte Gewicht möglich.
Weiterhin ermöglicht das feste Übersetzungsverhältnis eine im Wesentlichen vollständige Einkopplung die Leistung der ersten Antriebseinheit in das Planetengetriebe, ohne dass ein Energie bzw. Leistungsverlust zu verzeichnen. Diese Leistungseinkopplung kann beispielsweise zu einer Verkleinerung der ersten Antriebseinheit, oder – bei gleichbleibendem Bauraum – zur Erhöhung der Leistung der Hybridantriebseinheit genutzt werden.
Der Endlostrieb ist insbesondere als ein Riementrieb ausgebildet, wobei der Riemen über das Antriebsrad und das Abtriebsrad läuft. Ein Riementrieb ermöglicht insbesondere höhe Umlaufgeschwindigkeiten und Drehzahlen bei einem ruhigen und geräuscharmen Laufverhalten. Weiterhin können durch den Einsatz eines Riementriebs die Kosten und der Instandhaltungsaufwand beim Einsatz in einer Hybridantriebseinheit gering gehalten werden, da beispielsweise keine Schmierung notwendig ist und somit auch eine diesbezügliche Wartung entfallen kann. Alternativ zu einem Riementrieb ist je nach Bedarf selbstverständlich auch der Einsatz eines anderen Endlostriebs, wie beispielsweise eines Kettentriebs möglich.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Getriebestufe als eine Untersetzungsstufe ausgebildet. Im Falle einer Untersetzung ist die Antriebsdrehzahl, die in die Getriebestufe eingekoppelt wird, entsprechend größer als die Abtriebsdrehzahl. Das Übersetzungsverhältnis wird also größer als 1. Auf diese Weise kann auf einfache Weise eine zu hohe Drehzahl verringert werden, bevor sie in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingekoppelt wird.
Insbesondere ist die zweite Getriebestufe als ein Zweiwellengetriebe ausgebildet. Im Unterschied zum Dreiwellengetriebe wird hierbei die Leistung nur einer Antriebseinheit in die Getriebestufe eingekoppelt. Dies kann beispielsweise durch ein feststehendes Rad, wie ein feststehendes Sonnenrad oder Hohlrad der Getriebestufe erreicht werden.
Vorzugsweise umfasst die erste Eingangsstufe ein angetriebenes Sonnenrad, welches mit dem oder jedem Planetenrad des Planetengetriebes kämmt. Die erste Antriebseinheit treibt das Sonnenrad an, welches in der Mitte des Planetengetriebes angeordnet ist. Das Sonnenrad kämmt dann mit den umlaufenden Planetenrädern und überträgt als antreibendes Zahnrad seine Bewegung auf die Planetenräder, so dass diese ebenfalls in, Bewegung versetzt werden, also angetrieben werden. In Abhängigkeit der Größe der Planetenräder und der Zähnezahl an deren Außenumfang kann so Einfluss auf das gewünschte Übersetzungsverhältnis genommen werden.
Weiter bevorzugt umfasst die zweite Eingangsstufe ein angetriebenes Hohlrad, welches mit dem oder jedem Planetenrad des Planetengetriebes kämmt. Hierzu ist das Hohlrad mit einer Innenverzahnung ausgebildet, welche mit der Außenverzahnung der Planetenräder in Eingriff steht. Das Hohlrad ist am Außenumfang der Planetenräder angeordnet und wird von der zweiten Antriebseinheit angetrieben. Das Hohlrad kämmt, wie auch das vorbeschriebene Sonnenrad, mit den umlaufenden Planetenrädern und überträgt als antreibendes Zahnrad seine Bewegung ebenfalls auf diese. Die Planetenräder werden somit von dem Hohlrad angetrieben. Auch hier kann, insbesondere durch die Größe der Planetenräder und deren Zähnezahl Einfluss auf das gewünschte Übersetzungsverhältnis genommen werden.
Zweckmäßigerweise umfasst die zweite Getriebestufe eine Abtriebsstufe, die mit der zweiten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt ist. Die Kopplung kann hierbei beispielsweise über ein Hohlrad oder über ein Sonnenrad des Planetengetriebes erfolgen, die beispielsweise jeweils von dem oder jedem Planetenrad der zweiten Getriebestufe angetrieben werden. Teil der Abtriebsstufe kann hierbei beispielsweise der Planetenträger sein, der mit einem Hohlrad oder einem Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt ist.
Alternativ kann auch, beispielsweise bei einer als gestuftes Doppelplanetengetriebe ausgebildeten zweiten Getriebestufe, eine sogenannte Hohlradbrücke vorgesehen sein. Die Abtriebsstufe wird hierbei durch ein mit einem Teilplanetenrad des Doppelplanetengetriebes gekoppeltes Hohlrad gebildet, welches wiederum mit einem zweiten Hohlrad gekoppelt ist. Das zweite Hohlrad kämmt dann mit den Planetenrädern des Planetengetriebes. Mit anderen Worten stellt die Hohlradbrücke den Abtrieb bzw. die Abtriebsstufe der zweiten Getriebestufe dar.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine dritte Getriebestufe umfasst, die mit dem Planetengetriebe gekoppelt ist. Die dritte Getriebestufe ermöglicht eine weitere Anpassung der Drehzahl der Hybridantriebseinheit. Die dritte Getriebestufe kann dem Planetengetriebe entweder vorgeschaltet oder auch nachgeschaltet sein. Bei einer vorgeschalteten Getriebestufe wir die Drehzahl einer Antreibseinheit zwei Mal über- oder untersetzt, bevor sie über die zweite Eingangsstufe in das Planetengetriebe eingekoppelt wird. Bei einer nachgeschalteten dritten Getriebestufe wird die Drehzahl, die durch das Planetengetriebe zur Verfügung gestellt wird, noch einmal über- oder untersetzt, bevor die resultierende Abtriebsdrehzahl in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeleitet wird. Die Kopplung selbst ist hierbei vielfältig.
Die dritte Getriebestufe kann grundsätzlich, wie auch die zweite Getriebestufe und/oder das Planetengetriebe, als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe oder ein mehrfach gestuftes Planetengetriebe ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist die dritte Getriebestufe mit der zweiten Eingangsstufe des Planetengetriebes gekoppelt. In diesem Fall ist die dritte Getriebestufe zwischen der zweiten Getriebestufe und dem Planetengetriebe angeordnet, also dem Planetengetriebe vorgeschaltet. Entsprechend wird die Drehzahl einer Antriebseinheit zwei Mal über- oder untersetzt, bevor sie über die zweite Eingangsstufe zur Leistungssummierung in das Planetengetriebe eingekoppelt wird.
Zweckmäßigerweise umfasst das Planetengetriebe, insbesondere bei einer Ausgestaltung wie vorbeschrieben, eine Abtriebsstufe, von welcher ausgehend die Leistung in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingekoppelt wird. Beispielsweise kann der Abtrieb über einen Planetenträger realisiert werden. Der Abtrieb zu den Rädern des Fahrzeugs kann allerdings selbstverständlich auch über ein Hohlrad oder ein Sonnenrad alternativ erfolgen.
Weiter bevorzugt umfasst das Planetengetriebe eine Abtriebsstufe, die mit einer Eingangsstufe der dritten Getriebestufe gekoppelt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die dritte Getriebestufe dem Planetengetriebe nachgeschaltet. Über die Abtriebsstufe wird die Drehzahl vom ausgehend in die dritte Getriebestufe eingekoppelt. Es kann somit nach dem Planetengetriebe und vor der Einkopplung in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs eine weitere Drehzahlanpassung in Form einer Über- oder Untersetzung erreicht werden.
Grundsätzlich ist insbesondere in Abhängigkeit des geforderten Über- bzw. Untersetzungsverhältnis auch der Einsatz weiterer Getriebestufen möglich, die miteinander gekoppelt und dem Planetengetriebe entweder vor- oder nachgeschaltet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Antriebseinheit als ein Verbrennungsmotor und die zweite Antriebseinheit als ein Elektromotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor dient hierbei als Hauptenergiequelle, die durch den Elektromotor überlagert wird. Die Leistungen beider Motoren können dann insbesondere so aufeinander abgestimmt werden, dass sich für die verschiedenen Fahrzyklen die optimalen Fahreigenschaften ergeben.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Antriebseinheit achsparallel zum Planetengetriebe angeordnet. Hierdurch kann der Bauraum für den Einsatz der Hybridantriebseinheit noch weiter verringert werden.
Weiter bevorzugt ist dem Planetengetriebe ein Differentialgetriebe nachgeschaltet. Ein Differentialgetriebe stellt eine spezielle Bauform eines Planetengetriebes dar, welches zwischen den angetriebenen Rädern angeordnet ist. Über das Differential kann die Leistung der Planetenradstufe auf mehrere Räder verteilt werden, so dass sich die Hybridantriebseinheit beispielsweise auch zum Einsatz in PKWs eignet. Da die Räder einer Fahrzeugachse beim Fahren in einer Kurve unterschiedlich lange Wege zurücklegen, darf diese Wegdifferenz nicht zu groß werden, da sich dies aufgrund der ungleichen Kraftübertragung der Räder im ungünstigsten Fall beispielsweise als Bremskraft auswirken kann. Beim Differentialgetriebe hingegen übertragen beide Räder die gleiche Kraft, so dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten frei einstellen können. Durch den Antrieb wird somit nur die Summe der beiden Geschwindigkeiten vorgegeben. Grundsätzlich eigenen sich je nach Einsatzgebiet verschiedene Bauformen, wie beispielsweise ein Stirnraddifferential oder auch ein Kegelraddifferential.
Das Differentialgetriebe kann hierbei je nach Ausgestaltung der Hybridantriebseinheit mit der Abtriebsstufe des Planetengetriebes gekoppelt sein. Bei einer derartigen Anordnung ist dem Planetengetriebe beispielsweise nur eine Anzahl von Getriebestufen vorgeschaltet. Alternativ kann das Differentialgetriebe auch mit der Abtriebsstufe einer dem Planetengetriebe nachgeschalteten Getriebestufe gekoppelt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer dem Planetengetriebe vorgeschalteten Getriebestufe,
2 die Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug gemäß 1 mit einem dem Planetengetriebe zusätzlich nachgeschalteten Differentialgetriebe,
3 eine weitere schematische Darstellung einer Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit zwei dem Planetengetriebe vorgeschalteten Getriebestufen,
4 die Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug gemäß 3 mit einem dem Planetengetriebe zusätzlich nachgeschalteten Differentialgetriebe,
5 eine weitere schematische Darstellung einer Hybridantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer dem Planetengetriebe vorgeschalteten und einer diesem nachgeschalteten Getriebestufe, sowie
6 die Hybridantriebseinheit für gemäß 5 mit einem zusätzlich der Getriebestufe nachgeschalteten Differentialgetriebe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist eine Hybridantriebseinheit 1 gezeigt. Die Hybridantriebseinheit 1 weist eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 3 und eine als Elektromotor ausgebildete zweite Antriebseinheit 5 auf. Weiterhin ist eine erste Getriebestufe 7 umfasst, die durch einen als Riementrieb ausgebildeten Endlostrieb mit einem Antriebsrad 9 und einem Abtriebsrad 11 gebildet ist.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsrad 9 und dem Abtriebsrad 11 des Endlostriebs der ersten Getriebestufe 7 ist fest. Durch das feste Übersetzungsverhältnis kann das Drehzahlniveau beider Antriebseinheiten 3, 5 aneinander angepasst werden, ohne dass bereits an dieser Stelle eine stufenlose Übersetzung notwendig ist. Die Hybridantriebseinheit 1 kann entsprechend ohne ein CVT-Getriebe betrieben werden, was wiederum eine Gewichtsverringerung ermöglicht, so dass sich die Hybridantriebseinheit 1 insbesondere zum Einsatz in einem Zweirad eignet.
Weiterhin umfasst die Hybridantriebseinheit 1 ein Planetengetriebe 13 mit einem Planetenrad 15. Das Planetengetriebe 13 dient der stufenlosen Übersetzungsänderung innerhalb der Hybridantriebseinheit 1. Der Verbrennungsmotor 3 stellt vorliegend die Hauptantriebsquelle des Planetengetriebes 13 dar und ist abtriebsseitig über die Getriebestufe 7 mit einer ersten Eingangsstufe 17 des Planetengetriebes 13 gekoppelt. Die erste Eingangsstufe 17 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 3 angetrieben wird. Das Sonnenrad kämmt mit dem Planetenrad 15 des Planetengetriebes 13 kämmt.
Die zweite Antriebseinheit 5 ist abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe 19 mit dem Planetengetriebe 13 gekoppelt. Die Ausgestaltung ermöglicht es, die Leistung des Elektromotors 5 bzw. die bereitgestellte Drehzahl vor der Einkopplung in das Planetengetriebe 13 entsprechend anzupassen.
Die zweite Getriebestufe 19 ist vorliegend mit der zweiten Eingangsstufe 21 des Planetengetriebes 13 gekoppelt und als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe 23 ausgebildet. Das Doppelplanetengetriebe 23 weist zwei axial zueinander auf einer Achse angeordnete Teilplanetenräder 25, 27 auf. Die Teilplanetenräder 25, 27 sind drehfest miteinander verbunden und haben unterschiedliche Durchmesser und Außenverzahnungen, wobei letztere aufgrund der montierten Darstellung nicht zu sehen sind. Durch die unterschiedlichen Verzahnungen kann das gewünschte Über- oder auch Untersetzungsverhältnis eingestellt werden, da Drehzahl von der Zähnezahl anhängig ist.
Weiterhin weist die Getriebestufe 19 ein feststehendes Hohlrad 29 auf, welches mit dem ersten Teilplanetenrad 25 in Eingriff steht. Bei der zweiten Getriebestufe 19 handelt es sich somit um ein Zweiwellengetriebe.
Von der Getriebestufe 19 ausgehend wird die Leistung des Elektromotors 3 über eine Hohlradbrücke 31 mit der zweiten Eingangsstufe 21 des Planetengetriebes 13 gekoppelt. Die Abtriebsstufe 33 der als Doppelplanetengetriebe 23 ausgebildeten Getriebestufe 19 wird hierbei durch ein mit dem Teilplanetenrad 27 des Doppelplanetengetriebes 23 gekoppeltes erstes Hohlrad 35 gebildet, welches mit einem zweiten Hohlrad 37 gekoppelt ist. Das zweite Hohlrad 37 ist Teil der zweiten Eingangsstufe 21 des Planetengetriebes 13 und kämmt mit dem Planetenrad 15.
Mit anderen Worten übernimmt also die Hohlradbrücke 31 die Kopplungsfunktion zwischen dem Hohlrad 35 des Doppelplanetengetriebes 23 und dem Hohlrad 37 der zweiten Eingangsstufe 21 des Planetengetriebes 13, so dass eine Leistungssummierung der beiden Antriebseinheiten 3, 5 im Planetengetriebe 13 ermöglicht wird. Auf diese Weise kann dort eine Übersetzungsänderung in Anhängigkeit der Drehzahlen erreicht werden kann.
Weiterhin weist das Planetengetriebe 13 einen Abtrieb 41 auf, von welchem ausgehend die Drehzahl des Antriebs an die Räder 43 des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Der Abtrieb 41 ist vorliegend über den Planetenträger realisiert, der mit den Rädern 43 verbunden ist. Aufgrund der schematischen Darstellung ist vorliegend nur ein Rad 43 gezeigt.
In 2 ist eine weitere Hybridantriebseinheit 51 gezeigt. Grundsätzlich entspricht diese Ausgestaltung der Hybridantriebseinheit 1 gemäß 1, so dass die detaillierte Beschreibung der Hybridantriebseinheit 1 sinngemäß auf die Hybridantriebseinheit 51 übertragen werden kann.
Auch die Hybridantriebseinheit 51 weist eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 53 und eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 55, sowie eine erste Getriebestufe 57 auf. Die erste Getriebestufe 57 wird durch einen als Riementrieb ausgebildeten Endlostrieb gebildet. Der Riemen verläuft über ein Antriebsrad 59 und ein Abtriebsrad 61 dieses Endlostriebs 47, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen den Rädern 59, 61 fest ist.
Die Räder 59, 61 des Endlostriebs 57 dienen der Kopplung des Verbrennungsmotors 53 und des Elektromotor 55 mit dem zur stufenlosen Übersetzungsänderung eingesetzten Planetengetriebe 63, welches ein Planetenrad 65 aufweist. Die Leistung des Verbrennungsmotors 53 wird, wie auch in 1, über eine erste Eingangsstufe 67 des Planetengetriebes 63 in dieses eingekoppelt. Diese erste Eingangsstufe 67 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 53 angetrieben wird. Zusätzlich wird die Planetenradstufe 63 durch den Elektromotor 55 überlagert.
Diese Überlagerung geschieht nicht durch eine direkte Einkopplung der Drehzahl der ersten Antriebseinheit 53 in das Planetengetriebe 63, sondern über eine diesem vorgeschaltete zweite Getriebestufe 69, die als Zweiwellengetriebe ausgebildet ist. Die zweite Antriebseinheit 55 ist abtriebsseitig über diese zweite Getriebestufe 69 mit dem Planetengetriebe 63 über dessen zweite Eingangsstufe 71 gekoppelt.
Wie auch in 1 ist die zweite Getriebestufe 69 vorliegend ebenfalls als ein gestuftes Doppelplanetengetriebe 73 mit zwei axial zueinander auf einer Achse angeordneten und drehfest miteinander verbundenen Teilplanetenräder 75, 77 ausgebildet. Die Teilplanetenräder 75, 77 weisen unterschiedliche Durchmesser und Außenverzahnungen auf, wobei insbesondere durch die unterschiedlichen Verzahnungen kann das gewünschte Über- oder auch Untersetzungsverhältnis eingestellt werden kann.
Die Getriebestufe 69 weist ebenfalls ein feststehendes Hohlrad 79 auf, welches mit dem ersten Teilplanetenrad 75 in Eingriff steht. Abtriebsseitig ist die Getriebestufe 69 über das Teilplanetenrad 77 und eine Hohlradbrücke 81 mit der zweiten Eingangsstufe 71 des Planetengetriebes 63 gekoppelt. Die Abtriebsstufe 83 der zweiten Getriebestufe 69 wird hierbei ebenfalls durch die Kopplung eines ersten Hohlrads 85 mit einem zweiten Hohlrad 87 ermöglicht. Das zweite Hohlrad 87 ist Teil der zweiten Eingangsstufe 71 des Planetengetriebes 63 und kämmt mit dem Planetenrad 65. Mit anderen Worten übernimmt die Hohlradbrücke 81 die Kopplungsfunktion zwischen dem Hohlrad 85 des Doppelplanetengetriebes 73 und dem Hohlrad 87 der zweiten Eingangsstufe 71.
Durch die Einkopplung in das Planetengetriebe 63 und die dortige Leistungssummierung der beiden Antriebseinheiten 53, 55 kann so beispielsweise die erste Antriebseinheit 53 verkleinert werden, so dass die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe verringert werden können.
Im Unterschied zu 1 und der dort beschrieben Hybridantriebseinheit 1 erfolgt der Abtrieb 91 vom Planetengetriebe ausgehend vorliegend nicht in den Antriebsstrang des Fahrzeugs. Dem Planetengetriebe 63 ist zusätzlich ein als Stirnraddifferential ausgebildetes Differentialgetriebe 93 nachgeschaltet, welches die Möglichkeit bietet, die Hybridantriebseinheit 51 in einem PKW einzusetzen. Das Differentialgetriebe 91 ist zwischen den angetriebenen Rädern 95, 97 des Fahrzeugs angeordnet, so dass die Leistung des Planetengetriebes 63 auf die Räder 95, 97 verteilt werden kann. Durch das Differential übertragen beide Räder 95, 95 die gleiche Kraft, so dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten frei einstellen können. Durch den Antrieb wird somit nur die Summe der beiden Geschwindigkeiten vorgegeben.
In 3 ist eine weitere Hybridantriebseinheit 101 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Wie auch die Hybridantriebseinheiten 1 und 51 weist die Hybridantriebseinheit 101 eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 103, die die Hauptantriebsquelle darstellt, sowie eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 105 auf. Weiterhin ist eine erste Getriebestufe 107 umfasst.
Die erste Getriebestufe 107 wird durch einen als Riementrieb ausgebildeten Endlostrieb mit einem Antriebsrad 109 und einem Abtriebsrad 111 gebildet. Das Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe 107 ist fest, so dass das Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors 103 und des Elektromotors 105 aneinander angepasst werden können.
Weiterhin umfasst die Hybridantriebseinheit 101 ein Planetengetriebe 113 mit einem Planetenrad 115 zu stufenlosen Übersetzungsänderung. Der Verbrennungsmotor 113 ist abtriebsseitig über die Getriebestufe 117 mit einer ersten Eingangsstufe 117 des Planetengetriebes 113 gekoppelt. Die erste Eingangsstufe 117 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 113 angetrieben wird. Das Sonnenrad kämmt mit dem Planetenrad 115 des Planetengetriebes 113.
Der Elektromotor 105 ist abtriebsseitig über zwei dem Planetengetriebe 113 vorgeschaltete Getriebestufen 119, 121 mit diesem gekoppelt. Die Ausgestaltung ermöglicht es, die Leistung des Elektromotors 105 bzw. die bereitgestellte Drehzahl vor der Einkopplung in das Planetengetriebe 113 über zwei Stufen anzupassen.
Die zweite Getriebestufe 119 ist vorliegend als ein Zweiwellengetriebe mit einer Eingangsstufe 123 und einem feststehenden Hohlrad 125 ausgebildet. Die Eingangsstufe 123 besteht aus einem Sonnenrad, welches von dem Elektromotor 115 angetrieben wird. Das Sonnenrad kämmt mit dem Planetenrad 127 der zweiten Getriebestufe 119. Die zweite Getriebestufe 119 umfasst weiter einen Abtrieb 128, der mit der Eingangsstufe 129 der dritten Getriebestufe 121 gekoppelt ist. Auch die dritte Getriebestufe 121 ist als ein Zweiwellengetriebe mit einem feststehenden Hohlrad 131 ausgebildet. Sie umfasst weiter ein Sonnenrad, welches mit dem Planetenrad 133 kämmt.
Die dritte Getriebestufe 121 umfasst ebenfalls einen Abtrieb 135, wobei die Drehzahlübertragung von der dritten Getriebestufe 121 ausgehend über die Kopplung des Abtriebs 135 mit der zweiten Eingangsstufe 137 des Planetengetriebes 113 erreicht wird.
Weiterhin weist das Planetengetriebe 113 einen Abtrieb 141 auf, von welchem ausgehend die Drehzahl des Antriebs an die Räder 143 des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Der Abtrieb 141 ist vorliegend über den Planetenträger realisiert, der mit den Rädern 143 verbunden ist. Aufgrund der schematischen Darstellung ist vorliegend nur ein Rad gezeigt.
4 zeigt die Hybridantriebseinheit 151. Da auch die Darstellung der Hybridantriebseinheit 151 im Wesentlichen derjenigen gemäß 3 entspricht, kann die dortige detaillierte Beschreibung sinngemäß für die Hybrdantriebseinheit 151 übernommen werden.
Auch die Hybridantriebseinheit 151 weist eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 153 und eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 155, sowie eine erste Getriebestufe 157 auf. Die erste Getriebestufe 157 wird durch einen als Riementrieb ausgebildeten Endlostrieb gebildet. Der Riemen verläuft über ein Antriebsrad 159 und ein Abtriebsrad 161 dieses Endlostriebs 147, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen den Rädern 159, 161 fest ist.
Die Räder 159, 161 des Endlostriebs 157 dienen der Kopplung des Verbrennungsmotors 153 und des Elektromotor 155 mit dem zur stufenlosen Übersetzungsänderung eingesetzten Planetengetriebe 163, welches ein Planetenrad 165 aufweiset. Die Leistung des Verbrennungsmotors 153 wird, wie auch in den vorbeschriebenen Figuren, über die erste Eingangsstufe 167 des Planetengetriebes 163 in dieses eingekoppelt. Diese erste Eingangsstufe 167 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 153 angetrieben wird. Zusätzlich wird die Planetenradstufe 163 durch den Elektromotor 155 überlagert.
Weiterhin umfasst die Hybridantriebseinheit 151 ein Planetengetriebe 163 mit einem Planetenrad 165 zu stufenlosen Übersetzungsänderung. Der Verbrennungsmotor 153 ist abtriebsseitig über die Getriebestufe 157 mit einer ersten Eingangsstufe 167 des Planetengetriebes 163 gekoppelt. Der Elektromotor 155 ist abtriebsseitig über die zweite und die dritte Getriebestufe 169, 171 mit dem Planetengetriebe 163 gekoppelt, wodurch, wie bereits erläutert, die Drehzahl des Elektromotors 155 vor der Einkopplung in das Planetengetriebe 163 über zwei Stufen den Anforderungen entsprechend angepasst werden kann.
Sowohl die zweite als auch die Getriebestufe 169, 171 sind vorliegend jeweils als Zweiwellengetriebe ausgebildet. Jedes der Zweiwellengetriebe weist eine Eingangsstufe 173, 179 mit je einem Sonnenrad auf. Weiterhin sind die Getriebestufen 169, 171 mit jeweils einem feststehenden Hohlrad 175, 181 ausgebildet. Die Sonnenräder beider Eingangsstufe 173, 179 bestehen jeweils kämmen jeweils mit den Planetenrädern 177, 183 der Getriebestufen 169, 171.
Die zweite Getriebestufe 169 wird hierbei vom Elektromotor 155 angetrieben, wobei die Eingangsstufe 179 der dritten Getriebestufe 171 über den Abtrieb 178 der zweiten Getriebestufe 169 angetrieben wird. Von der dritten Getriebestufe 171 ausgehend wird die Drehzahl über dessen Abtrieb 185 über die zweite Eingangsstufe 187 des Planetengetriebes 163 in dieses eingekoppelt.
Ein wesentlicher Unterschied zur Hybridantriebseinheit 151 gemäß 3 liegt vorliegend ebenfalls im Abtrieb 191. Dieser erfolgt vom Planetengetriebe 163 ausgehend über ein diesem zusätzlich nachgeschalteten Differentialgetriebe 193. Das Differentialgetriebe 193 ist als ein Kegelraddifferential ausgebildetes und ermöglicht es, die Hybridantriebseinheit 151 in einem PKW einzusetzen. Das Differentialgetriebe 193 verteilt die Leistung des Planetengetriebes 163 auf die Räder 195, 197, zwischen denen es angeordnet ist. Durch den Einsatz des Differentialgetriebes 193 können übertragen beide Räder 195, 197 die gleiche Kraft übertragen, so dass sich die Umfangsgeschwindigkeiten frei einstellen können.
5 zeigt eine weitere Hybridantriebseinheit 201 in einer schematischen Darstellung. Wie die vorbeschriebenen Hybridantriebseinheiten 1, 51, 101, 151 weist die auch die Hybridantriebseinheit 201 eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 203 und eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 205 auf. Weiterhin ist eine erste Getriebestufe 207 umfasst. Die erste Getriebestufe 207 wird durch einen als Riementrieb ausgebildeten Endlostrieb mit einem Antriebsrad 209 und einem Abtriebsrad 211 gebildet. Das Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe 207 ist fest, wodurch das Drehzahlniveau beider Antriebseinheiten 203, 205 aneinander angepasst werden kann.
Weiterhin umfasst die Hybridantriebseinheit 201 ein Planetengetriebe 213 mit einem Planetenrad 215. Das Planetengetriebe 213 dient der stufenlosen Übersetzungsänderung innerhalb der Hybridantriebseinheit 201. Der Verbrennungsmotor 203 ist abtriebsseitig über die Getriebestufe 207 mit der ersten Eingangsstufe 217 des Planetengetriebes 213 gekoppelt. Die erste Eingangsstufe 217 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 203 angetrieben wird. Das Sonnenrad kämmt mit dem Planetenrad 215 des Planetengetriebes 213.
Im Unterschied zu den 3 und 4 ist dem Planetengetriebe 213 nur die zweite Getriebestufe 219 vorgeschaltet. Die zweite Antriebseinheit 205, also der Elektromotor, ist abtriebsseitig über diese zweite Getriebestufe 219 mit dem Planetengetriebe 213 gekoppelt. Die Ausgestaltung ermöglicht es, die Leistung des Elektromotors 205 bzw. die bereitgestellte Drehzahl vor der Einkopplung in das Planetengetriebe 213 entsprechend anzupassen. Der Elektromotor 205 ist hierzu über die Eingangsstufe 221 der zweiten Getriebestufe 219 gekoppelt.
Die zweite Getriebestufe 219 ist als ein Zweiwellengetriebe mit einem feststehenden Hohlrad 223 ausgebildet. Die Eingangsstufe 221 der zweiten Getriebestufe 219 besteht aus einem Sonnenrad, welches von dem Elektromotor 205 angetrieben wird sowie mit einem Planetenrad 225 kämmt.
Die zweite Getriebestufe 219 ist weiterhin mit einem Abtrieb 227 ausgebildet, der mit der zweiten Eingangsstufe 229 des Planetengetriebes 213 gekoppelt ist. Die Abtriebsstufe 227 wird hierbei durch die Kopplung mit dem Hohlrad 231 der zweiten Eingangsstufe 229 des Planetengetriebes 213 gebildet. Das Planetengetriebe 213 stellt somit auch hier eine Kopplungsstufe dar, in welcher die von den Antriebseinheiten 203, 205 bereitgestellte Leistung summiert wird.
Das Planetengetriebe 213 umfasst weiterhin eine Abtriebsstufe 233, die mit einer Eingangsstufe 235 einer dritten, dem Planetengetriebe 213 nachgeschalteten Getriebestufe 237 gekoppelt ist. Über die Abtriebsstufe 233 wird die Drehzahl, die durch das Planetengetriebe 213 zur Verfügung gestellt wird, von dort ausgehend in die dritte Getriebestufe 237 eingekoppelt.
Die Getriebestufe 235, ist als ein Zweiwellengetriebe mit einem feststehenden Hohlrad 239 ausgebildet. Die dritte Getriebestufe 237 wird durch ein Sonnenrad gebildet, welches mit einem Planetenrad 241 kämmt. In der dritten Getriebestufe 237 kann somit vor der Einkopplung in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs eine weitere Drehzahlanpassung in Form einer Über- oder Untersetzung erreicht werden.
Die dritte Getriebestufe 237 umfasst ebenfalls einen Abtrieb 243, von welchem ausgehend die Drehzahl des Antriebs an die Räder 245 des Fahrzeugs weitergeleitet werden kann. Der Abtrieb 243 ist vorliegend über den Planetenträger realisiert, der mit den Rädern 245 verbunden ist. Aufgrund der schematischen Darstellung ist vorliegend nur ein Rad 245 gezeigt.
In 6 ist eine Hybridantriebseinheit 251 gezeigt, die hinsichtlich der Anordnung im Wesentlichen der Hybridantriebseinheit 201 gemäß 5 entspricht, so dass die dortige detaillierte Beschreibung sinngemäß auf die Hybridantriebseinheit 251 übertragen werden kann.
Die Hybridantriebseinheit 251 weist eine als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebseinheit 253 und eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 255 auf. Weiterhin ist eine erste als Riementrieb ausgebildete Getriebestufe 257 mit einem Antriebsrad 259 und einem Abtriebsrad 261 umfasst, deren Übersetzungsverhältnis fest ist. Hierdurch kann das Drehzahlniveau beider Antriebseinheiten 253, 255 aneinander angepasst werden, ohne dass bereits an dieser Stelle eine stufenlose Übersetzung notwendig ist. Die Hybridantriebseinheit 251 kann entsprechend ebenfalls ohne ein CVT-Getriebe betrieben werden.
Weiterhin umfasst die Hybridantriebseinheit 251 ein Planetengetriebe 263 mit einem Planetenrad 265. Das Planetengetriebe 263 dient der stufenlosen Übersetzungsänderung innerhalb der Hybridantriebseinheit 251. Der Verbrennungsmotor 253 stellt vorliegend die Hauptantriebsquelle des Planetengetriebes 263 dar und ist abtriebsseitig über die Getriebestufe 257 mit einer ersten Eingangsstufe 267 des Planetengetriebes 263 gekoppelt. Die erste Eingangsstufe 267 umfasst ein Sonnenrad, welches von dem Verbrennungsmotor 253 angetrieben wird. Das Sonnenrad kämmt mit dem Planetenrad 265 des Planetengetriebes 263.
Die zweite Antriebseinheit 255 ist abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe 269 mit dem Planetengetriebe 263 gekoppelt, so dass die Leistung des Elektromotors 255 vor der Einkopplung in das Planetengetriebe 263 entsprechend angepasst werden kann. Der Elektromotor 255 ist hierzu über die Eingangsstufe 271 der zweiten Getriebestufe 269 gekoppelt. Die Eingangsstufe 271 besteht aus einem von dem Elektromotor 255 angetriebenen Sonnenrad, welches mit dem Planetenrad 275 der zweiten Getriebestufe 269 kämmt. Die zweite Getriebestufe 269 ist hierbei als ein Zweiwellengetriebe ausgebildet, welches ein feststehendes Hohlrad 273 umfasst.
Wie auch in 5 weist die zweite Getriebestufe 269 einen Abtrieb 277 auf, der mit der zweiten Eingangsstufe 279 des Planetengetriebes 263 gekoppelt ist. Die Abtriebsstufe 277 wird hierbei durch die Kopplung mit dem Hohlrad 281 der zweiten Eingangsstufe 279 des Planetengetriebes 263 gebildet. Das Planetengetriebe 263 stellt somit auch hier eine Kopplungsstufe dar, in welcher die von den Antriebseinheiten 253, 255 bereitgestellte Leistung summiert wird.
Das Planetengetriebe 263 umfasst weiterhin einen Abtrieb 283, der, wie in 5 mit einer Eingangsstufe 285 einer dritten, dem Planetengetriebe 263 nachgeschalteten Getriebestufe 287 gekoppelt ist. Über den Abtrieb wird die Drehzahl, des Planetengetriebes 263 von dort ausgehend in die dritte Getriebestufe 287 eingekoppelt. Auch die dritte Getriebestufe 287 ist als ein Zweiwellengetriebe mit einem feststehenden Hohlrad 289 ausgebildet. Sie wird wird durch ein Sonnenrad gebildet, welches mit einem Planetenrad 291 kämmt, so dass auch hier eine weitere Drehzahlanpassung in Form einer Über- oder Untersetzung erreicht werden kann.
Weiterhin ist die dritte Getriebestufe 287 mit einem Abtrieb 293 ausgebildet, der vorliegend über den Planetenträger realisiert ist. Im Unterschied zu 5 erfolgt der Abtrieb von der dritten Getriebestufe 287 in den Antriebsstrang des Fahrzeugs jedoch nicht direkt. Der Getriebestufe 287 ist zusätzlich ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differentialgetriebe 295 nachgeschaltet. Das Differentialgetriebe 295 ist zwischen den angetriebenen Rädern 297, 299 des Fahrzeugs angeordnet, so dass die Leistung auf die Räder 297, 299 verteilt werden kann. Hierdurch eignet sich eine Hybridantriebseinheit 251 beispielsweise für den Einsatz in PKW.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebseinheit
3: erste Antriebseinheit
5: zweite Antriebseinheit
7: erste Getriebestufe
9: Antriebsrad
11: Abtriebsrad
13: Planetengetriebe
15: Planetenrad
17: erste Eingangsstufe
19: zweite Getriebestufe
21: zweite Eingangsstufe
23: Doppelplanetengetriebe
25: Teilplanetenrad
27: Teilplanetenrad
29: Hohlrad
31: Hohlradbrücke
33: Abtriebsstufe
35: erstes Hohlrad
37: zweites Hohlrad
41: Abtrieb
43: Räder
51: Hybridantriebseinheit
53: erste Antriebseinheit
55: zweite Antriebseinheit
57: erste Getriebestufe
59: Antriebsrad
61: Abtriebsrad
63: Planetengetriebe
65: Planetenrad
67: erste Eingangsstufe
69: zweite Getriebestufe
71: zweite Eingangsstufe
73: Doppelplanetengetriebe
75: Teilplanetenrad
77: Teilplanetenrad
79: Hohlrad
81: Hohlradbrücke
83: Abtriebsstufe
85: erstes Hohlrad
87: zweites Hohlrad
91: Abtrieb
93: Differentialgetriebe
95: Rad
97: Rad
101: Hybridantriebseinheit
103: erste Antriebseinheit
105: zweite Antriebseinheit
107: erste Getriebestufe
109: Antriebsrad
111: Abtriebsrad
113: Planetengetriebe
115: Planetenrad
117: erste Eingangsstufe
119: zweite Getriebestufe
121: dritte Getriebestufe
123: Eingangsstufe
125: Hohlrad
127: Planetenrad
128: Abtrieb
129: Eingangsstufe
131: Hohlrad
133: Planetenrad
135: Abtrieb
137: zweite Eingangsstufe
141: Abtrieb
143: Rad
151: Hybridantriebseinheit
153: erste Antriebseinheit
155: zweite Antriebseinheit
157: erste Getriebestufe
159: Antriebsrad
161: Abtriebsrad
163: Planetengetriebe
165: Planetenrad
167: erste Eingangsstufe
169: zweite Getriebestufe
171: dritte Getriebestufe
173: Eingangsstufe
175: Hohlrad
177: Planetenrad
178: Abtrieb
179: Eingangsstufe
181: Hohlrad
183: Planetenrad
185: Abtrieb
187: zweite Eingangsstufe
191: Abtrieb
193: Differentialgetriebe
195: Rad
197: Rad
201: Hybridantriebseinheit
203: erste Antriebseinheit
205: zweite Antriebseinheit
207: erste Getriebestufe
209: Antriebsrad
211: Abtriebsrad
213: Planetengetriebe
215: Planetenrad
217: erste Eingangsstufe
219: zweite Getriebestufe
221: Eingangsstufe
223: Hohlrad
225: Planetenrad
227: Abtriebsstufe
229: zweite Eingangsstufe
231: Hohlrad
233: Abtriebsstufe
235: Eingangsstufe
237: dritte Getriebestufe
239: Hohlrad
241: Planetenrad
243: Abtrieb
245: Rad
251: Hybridantriebseinheit
253: erste Antriebseinheit
255: zweite Antriebseinheit
257: erste Getriebestufe
259: Antriebsrad
261: Abtriebsrad
263: Planetengetriebe
265: Planetenrad
267: erste Eingangsstufe
269: zweite Getriebestufe
271: Eingangsstufe
273: Hohlrad
275: Planetenrad
277: Abtriebsstufe
279: zweite Eingangsstufe
281: Hohlrad
283: Abtrieb
285: Eingangsstufe
287: dritte Getriebestufe
289: Hohlrad
291: Planetenrad
293: Abtrieb
295: Differentialgetriebe
297: Rad
299: Rad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20200633 U1 [0005, 0005]
EP 1572486 B1 [0006, 0006]

Claims

Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebseinheit (3, 53, 103, 153, 203, 253), eine zweite Antriebseinheit (5, 55, 105, 155, 205, 255), eine erste Getriebestufe (7, 57, 107, 157, 207, 257), sowie ein Planetengetriebe (13, 63, 113, 163, 213, 263) mit einer Anzahl von Eingangsstufen (17, 21, 67, 71, 117, 137, 167, 187, 217, 229, 267, 279) wobei die erste Antriebseinheit (3, 53, 103, 153, 203, 253) abtriebsseitig über die erste Getriebestufe (7, 57, 107, 157, 207, 257) mit einer ersten Eingangsstufe (17, 67, 117, 167, 217, 267) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebseinheit (5, 55, 105, 155, 205, 255) abtriebsseitig über eine zweite Getriebestufe (19, 69, 119, 169, 219, 269) mit der zweiten Eingangsstufe (21, 71, 137, 187, 229, 279) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebestufe (7, 57, 107, 157, 207, 257) durch einen Endlostrieb mit einem Antriebsrad (9, 59, 109, 159, 209, 259) und einem Abtriebsrad (11, 61, 111, 161, 201, 211, 261) gebildet ist und ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebestufe (19, 69, 119, 169, 219, 269) als eine Untersetzungsstufe ausgebildet ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangsstufe (17, 67, 117, 167, 217, 267) ein angetriebenes Sonnenrad umfasst, welches mit dem oder jedem Planetenrad (15, 25, 27, 65, 75, 77, 115, 127, 133, 165, 177, 183, 215, 225, 241, 265, 275, 291) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) kämmt.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangsstufe (21, 71, 137, 187, 229, 279) ein angetriebenes Hohlrad umfasst, welches mit dem oder jedem Planetenrad (15, 25, 27, 65, 75, 77, 115, 127, 133, 165, 177, 183, 215, 225, 241, 265, 275, 291) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) kämmt.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebestufe (19, 69, 119, 169, 219, 269) eine Abtriebsstufe (33, 83, 128, 178, 227, 277) umfasst, die mit der zweiten Eingangsstufe (21, 71, 137, 187, 229, 279) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Getriebestufe (121, 171, 237, 287) umfasst ist, die mit dem Planetengetriebe (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Getriebestufe (121, 171, 237, 287) mit der zweiten Eingangsstufe (21, 71, 137, 187, 229, 279) des Planetengetriebes (13, 63, 113, 163, 213, 263) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (13, 63, 113, 163, 213, 263) eine Abtriebsstufe (41, 91, 141, 191, 233, 283) umfasst, die mit einer Eingangsstufe (129, 179, 235, 285) der dritten Getriebestufe (121, 171, 237, 287) gekoppelt ist.
Hybridantriebseinheit (1, 51, 101, 151, 201, 251) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dem Planetengetriebe (13, 63, 113, 163, 213, 263) ein Differentialgetriebe (93, 193, 295) nachgeschaltet ist.