DE102011010084A1

DE102011010084A1 - Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine über ein Planetengetriebe verbundenen Verbrennungskraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011010084A1
Application number: DE102011010084A
Authority: DE
Inventors: Andreas Misala
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (10) und einer elektrischen Maschine (16), die über ein Planetengetriebe (12) miteinander koppelbar sind, hat die Eigenschaft, dass eine erste der Maschinen, insbesondere die elektrische Maschine (16), wahlweise über eine erste Kupplung (36) mit einem Planetenträger (38) des Planetengetriebes (12) koppelbar ist und über eine zweite Kupplung (40) mit einem Element des Planetengetriebes (12) aus der Gruppe von Sonnenrad (18) und Hohlrad (22) koppelbar ist. Auf diese Weise sind zwei unterschiedliche Kopplungsverhältnisse einfach herstellbar. Das eine Übersetzungsverhältnis kann beim Starten der Verbrennungskraftmaschine (10) durch die elektrische Maschine (16) genutzt werden, das andere z. B. beim Generatorbetrieb, bei dem die Verbrennungskraftmaschine (10) die elektrische Maschine (16) antreibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die über ein Planetengetriebe miteinander koppelbar sind. Die Verwendung eines Planetengetriebes zur Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine und insbesondere einer als Startermaschine für die Verbrennungskraftmaschine arbeitenden elektrischen Maschine ist aus der DE 199 41 705 A1 bekannt.
Das Planetengetriebe ermöglicht es, auch weitere Aggregate mit der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine zu koppeln. Eine Vielzahl von Betriebszuständen ist möglich, z. B. kann die elektrische Maschine auch zum Zwecke eines Rekuperierens von kinetischer Energie als Generator betrieben werden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn unterschiedliche Übersetzungsstufen zur Verfügung stehen. Es ist allgemein bekannt, um durch ein Planetengetriebe unterschiedliche Übersetzungsstufen bereitzustellen, Kupplungen zu verwenden. So ist die Verwendung zweier Kupplungen nicht nur in der DE 199 41 705 A1 , sondern auch in der WO 2009/121188 A1 beschrieben.
Die Kupplungen sind hierbei Teil des Planetengetriebes. In der DE 199 41 705 A1 geht es insbesondere darum, dass sich die Übersetzungsstufen selbsttätig einstellen. Bei einer Ausführungsform ist das Hohlrad des Planetengetriebes axial verlagerbar gegenüber einem verdrehfesten Bauteil. Es erfährt bei unterschiedlichen Betriebszuständen Kräfte, die es verschieben.
Es ist wünschenswert, wenn bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Gattung unterschiedliche Übersetzungsstufen auf besonders einfache Art und Weise bereitstellbar sind.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die über ein Planetengetriebe miteinander koppelbar sind, in unaufwändiger Weise mehrere Übersetzungsstufen bereitzustellen und diese zu nutzen.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst, und in weiteren Aspekten der Erfindung durch die Verfahren gemäß den Patentansprüchen 10 und 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist eine erste der Maschinen (also entweder die elektrische Maschine oder die Verbrennungskraftmaschine) wahlweise über eine erste Kupplung mit einem Planetenträger des Planetengetriebes koppelbar und über eine zweite Kupplung mit einem Element des Planetengetriebes aus der Gruppe von Sonnenrad und Hohlrad koppelbar.
Dadurch kann diese Maschine wahlweise an unterschiedlichen Elementen des Planetengetriebes unmittelbar angekoppelt werden. Wird dann die jeweils andere Maschine fest an eines der Elemente des Planetengetriebes angekoppelt, ergeben sich naturgemäß unterschiedliche Übersetzungsstufen.
Beispielsweise ist die erste Maschine die elektrische Maschine und über die zweite Kupplung mit dem Sonnenrad koppelbar. Es ist vorteilhaft, wenn auf Seiten der Verbrennungskraftmaschine keine Kupplung vorgesehen ist, damit die Kurbelwelle sich stabil drehen kann. Bevorzugt ist hierbei die Verbrennungskraftmaschine fest mit dem Planetenträger gekoppelt.
Wenn dann die elektrische Maschine mit dem Sonnenrad gekoppelt wird, geht die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Planetengetriebe in die insgesamt bestehende Übersetzung ein. Dies ist insbesondere bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine durch die elektrische Maschine vorteilhaft.
Wird die elektrische Maschine hingegen mit dem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt, dann gibt es dieses zusätzliche Übersetzungsverhältnis nicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das nicht mit der ersten der Maschinen koppelbare Element aus der Gruppe von Sonnenrad und Hohlrad über einen Freilauf an ein verbrennungsmotorfestes Bauteil angebunden bzw. über eine dritte Kupplung an ein solches Bauteil anbindbar. Dadurch ist es möglich, je nach Betriebszustand dieses Element frei drehen zu lassen, z. B. bei Kupplung der elektrischen Maschine mit dem Sonnenrad das Hohlrad frei umlaufen zu lassen, was insbesondere beim Boosten der Verbrennungskraftmaschine durch die elektrische Maschine oder beim Betreiben der elektrischen Maschine als Generator sinnvoll ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine über einen Riementrieb mit der ersten und der zweiten Kupplung gekoppelt. Die elektrische Maschine ist somit über den Riementrieb und das Planetengetriebe in einer Wirkfolgenanordnung mit der Verbrennungskraftmaschine koppelbar. Die Verwendung eines Riementriebs ist in dem Zusammenhang mit der Verwendung des Planetengetriebes an sich bekannt, damit die elektrische Maschine an einem aus Bauraumgründen günstig gelegenen Ort im Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet werden kann, insbesondere zumindest teilweise seitlich von der Verbrennungskraftmaschine.
Bei der Verwendung eines Riementriebes ist bevorzugt vorgesehen, zur Ausbildung der beiden Kupplungen eine zum Riementrieb gehörige Riemenscheibe, die sich um die selbe Drehachse wie das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad des Planetengetriebes drehen kann, wahlweise mit dem Planetenträger einerseits oder dem Sonnenrad oder Hohlrad andererseits koppelbar zu gestalten, und zwar über ein topfförmiges Element, das eben zwischen die Riemenscheibe und die weiteren Elemente schiebbar ist. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass das topfförmige Element parallel zur Drehachse axial beweglich ist, und zwar in drei Stellungen verbracht werden kann, wobei in der ersten Stellung die erste Kupplung offen und die zweite Kupplung geschlossen ist, in einer zweiten Stellung beide Kupplungen offen sind und in einer dritten Stellung die erste Kupplung geschlossen und die zweite offen ist. Das Bereitstellen des topfförmigen Elements, das bevorzugt einerseits in eine Innenverzahnung der Riemenscheibe und eine Außenverzahnung an den anderen Elementen eingreift, ist eine besonders einfache Gestaltungsform, die kompakt baubar ist und daher besonders geeignet für den Zweck der Kopplung der elektrischen Maschine mit unterschiedlichen Übersetzungsstufen ist. Insbesondere muss nicht mehr eine Kupplung ein Teil des Planetengetriebes selbst sein, sondern die Kupplung befindet sich im Bereich zwischen dem Riementrieb (nämlich der Riemenscheibe) und dem Planetengetriebe. Es handelt sich bevorzugt um eine zwangssynchronisierte Klauenkupplung mit drei Schaltstellungen. Die Synchronisierung erfolgt hierbei über ein Synchronisierungselement, das sich in der zweiten Stellung mit der Riemenscheibe mitdreht, um ein Umschalten in eine andere Schaltstellung ohne Weiteres zu ermöglichen.
Bevorzugt sind die Kupplungen durch elektrische Signale öffenbar und schließbar, nämlich bevorzugt ist das topfförmige Element unter Zuhilfenahme eines elektromagnetischen oder -mechanischen Aktors verschiebbar. Die Kupplung ist dadurch flexibler einsetzbar, weil sie sich nicht selbsttätig einstellen muss, um die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen. So kann durch eine Steuereinrichtung im Kraftfahrzeug eine jeweilige Stellung des topfförmigen Elements ausgewählt werden, wie sie für eine bevorzugte Betriebsart notwendig ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit elektrisch ansteuerbaren Kupplungen und dem Freilauf beinhaltet:

a) Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung bei einem Starten der Verbrennungskraftmaschine, und/oder
b) Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, und/oder
c) Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung bei einem Betreiben der elektrischen Maschine als Generator mit einem dritten Übersetzungsverhältnis (das die Umkehr des ersten Übersetzungsverhältnisses ist), und/oder
d) Schließen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, und/oder
e) Schließen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung bei einem Betreiben der elektrischen Maschine als Generator mit einem vierten Übersetzungsverhältnis (das die Umkehr des zweiten Übersetzungsverhältnisses ist), und/oder
f) Öffnen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung bei einem Betreiben eines weiteren Aggregats über einen Riementrieb bei einem Kraftfahrzeug, bei dem die elektrische Maschine über eben diesen Riementrieb mit dem weiteren Aggregat gekoppelt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit elektrisch ansteuerbaren Kupplungen und der dritten Kupplung beinhaltet:

a) Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, und/oder
b) Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, und/oder
c) Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Schließen der dritten Kupplung bei einem Betreiben der elektrischen Maschine als Generator mit einem dritten Übersetzungsverhältnis, und/oder
d) Schließen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Öffnen der dritten Kupplung bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, und/oder
e) Schließen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung, Öffnen der dritten Kupplung bei einem Betreiben der elektrischen Maschine als Generator mit einem vierten Übersetzungsverhältnis, und/oder
f) Öffnen der ersten Kupplung, Öffnen der zweiten Kupplung und Öffnen oder Schließen der dritten Kupplung bei einem Betreiben eines weiteren Aggregats über einen Riementrieb bei einem Kraftfahrzeug mit dem Riementrieb zwischen der elektrischen Maschine und den beiden Kupplungen.

Die Vielzahl an Betriebszuständen zeigt den Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung: Es muss lediglich die eine Kupplung geöffnet und die andere geschlossen werden, gegebenenfalls müssen beide geöffnet werden, es muss also bei der bevorzugten Ausführungsform das topfförmige Element in eine bestimmte Stellung gebracht werden, gegebenenfalls noch die dritte Kupplung in einen bestimmten Zustand versetzt werden, um einen Betriebszustand herzustellen, der hinsichtlich des fahrdynamischen Zustands oder des Energieverbrauchs bzw. -rückgewinns optimal ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in der
1 die in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug realisierte Anordnung aus Verbrennungskraftmaschine, elektrischer Maschine und dazwischen geschaltetem Getriebe mit Kupplungen schematisch veranschaulicht,
2 eine Teildarstellung eines bei der Anordnung aus 1 eingesetzten Planetengetriebes mit den Kupplungen und einer Riemenscheibe eines Riemengetriebes im axialen Schnitt veranschaulicht, und die
3 bis 5 unterschiedliche Schaltstellungen eines Schaltelements der Anordnung aus 2 veranschaulichen und hierzu den bei einem zugehörigen Betriebszustand auftretenden Kraftfluss anhand von Pfeilen zeigen.
Eine mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine ist über ein Planetengetriebe 12 und einen Riementrieb 14 mit einer elektrischen Maschine 16 koppelbar, sodass die elektrische Maschine 16 als Starter für die Verbrennungskraftmaschine 10 fungieren kann oder umgekehrt als Generator arbeiten kann, der aufgrund von mechanischer Energie, die die Verbrennungskraftmaschine 10 bereitstellt, elektrische Energie erzeugen kann.
Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad 18 auf, Planetenräder 20 und ein Hohlrad 22. Die Planetenräder 20 sind über einen ersten Planetenträger 24 miteinander gekoppelt, der mit der Verbrennungskraftmaschine 10 bzw. der von dieser angetriebenen Kurbelwelle 26 verbunden ist. Der Riementrieb 14 umfasst eine Riemenscheibe 28, die über eine Welle 30 von der elektrischen Maschine 16 gedreht wird. Eine Riemenscheibe 32 ist über einen Riemen 34 mit der Riemenscheibe 28 gekoppelt. Die Riemenscheibe 32 ist wahlweise über eine erste Kupplung 36 mit den Planetenrädern 20 und insbesondere einem zweiten Planetenträger 38 des Planetengetriebes koppelbar, und genauso ist sie über eine zweite Kupplung 40 mit dem Sonnenrad 18 koppelbar.
Es kann gleichzeitig nur eine der Kupplungen 36, 40 geschlossen sein. Es ist aber bevorzugt auch möglich, dass beide Kupplungen gleichzeitig offen sind.
Das Hohlrad 32 ist über eine Kupplung 42, die auch als Freilauf ausgestaltet sein kann, mit einem verbrennungsmotorfesten Bauteil 44 gekoppelt bzw. verbindbar.
2 zeigt eine Ausgestaltungsform der Anordnung aus 1, und zwar lediglich die Anbindung der Riemenscheibe 32 an das Planetengetriebe 12 über die Kupplungen 36 und 40. In der Schnittdarstellung ist nur der obere Teil gezeigt, der untere Teil ergibt sich durch Spiegelung an der Drehachse A, um die sich das Sonnenrad 18, die Planetenträger 24 und 38 und das Hohlrad 22 drehen.
Vorliegend ist die Kurbelwelle 26 über einen Zwischenadapter 46 mit dem ersten Planetenträger 24 gekoppelt. In den Zwischenadapter 46 greift eine Schraube 48 ein, die durch eine Aufnahme im Sonnenrad 18 geführt ist, ohne mit diesem gekoppelt zu sein. An dem ersten Planetenträger 24 ist ein Planetenrad 20 über einen Stift 50 verbunden, gegenüber dem das Planetenrad 20 mit Gleitlagerrollen 52 gekoppelt ist. Der Stift 50 greift gleichzeitig in den zweiten Planetenträger 38 ein. Dieser weist im Querschnitt radial innen einen ersten rohrförmigen Abschnitt 54 auf, der über eine Scheibe 56 mit einem zweiten rohrförmigen Abschnitt 58 gekoppelt ist. Der erste rohrförmige Abschnitt 38 ist mit einem Blechgehäuse 60 gekoppelt, das eine Aufnahme bereitstellt, in die ein Stahlring 62 eingebracht ist, der als sogenannter Kurbelwellendämpfer dient: Wird die Kurbelwelle durch die Anregungen der Gas- und Massenkräfte aus endlich vielen Brennkammern in Schwingungen versetzt, so übertragen sich diese auf den Kurbelwellendämpfer 62, der dann die Energie von der Kurbelwelle aufnimmt, damit die Kurbelwelle nicht übermäßig stark schwingt.
Das Blechgehäuse 60 ist von einem Ringprofilteil 64 umgeben, das mit dem Sonnenrad 18 gekoppelt ist und sich daher mit diesem dreht. Auf der dem Sonnenrad 18 abgewandten Seite des Ringprofilteils 64 weist dieses einen Abschnitt 66 auf, der weiter radial außen liegt als das Hohlrad 22 und auch der Abschnitt 58 des Planetenträgers 38. Auf dem Abschnitt 66 des Ringprofilteils 64 sitzt ein Kupplungsring 68 auf. Der Kupplungsring 68 ist Teil der zweiten Kupplung 40.
Dem Kupplungsring 68 entspricht ein weiterer Kupplungsring 70, der auf dem Abschnitt 58 des Planetenträgers 38 aufsitzt und sich mit diesem mitdreht. Der Abschnitt 58 des Planetenträgers befindet sich ebenfalls radial außerhalb des Hohlrads 22. Die beiden Kupplungsringe 68 und 70 sind mit dem Sonnenrad 18 bzw. dem Planetenträger 38 gekoppelt und stellen von außen her zugängliche Elemente dar, um die Ringscheibe 32 an das Sonnenrad 18 bzw. den Planetenträger 38 anzukoppeln. Die Kopplung der Ringscheibe 32 an die beiden Kupplungsringe 80 und 70 erfolgt mit Hilfe eines Kupplungstopfes 72. Dieser ist in den Raum zwischen der Riemenscheibe 32 und den Kupplungsringen 68, 70 eingeschoben. Ein verbreiterter Rand 74 des Kupplungstopfes ist sowohl radial außen als auch radial innen mit einer Verzahnung versehen. Die radial äußere Verzahnung des Randes 74 kämmt mit einer Innenverzahnung 76 der Riemenscheibe 32. Die Innenverzahnung lässt sich wahlweise in Eingriff mit einer Außenverzahnung an den Kupplungsringen 68 oder 70 oder an zwei Synchronisierringen 78a, 78b bringen. In der in 2 gezeigten Stellung ist letzteres der Fall, der Rand 74 des Kupplungstopfes 72 kämmt mit den Synchronisierringen 78a, 78b. Gleichzeitig wird ein Stift 80 unter der Wirkung einer Feder 82 gegen den Rand 74 gedrückt. Die Synchronisierringe 78a, 78b sind mit einem gleitgelagerten Rohr 84 verbunden, das auf dem Abschnitt 78 des Planetenträgers 38 abrollen kann. Die Synchronisierringe 78a und 78b sind über Mitnehmerelemente 86a, 86b an den Ringen 68 bzw. 70 abgestützt.
Der Topf 72 ist über eine Schaltscheibe 88 bewegbar, die von einem elektromagnetischen Aktor bezüglich der Drehachse A axial hin- und herverschoben bzw. gerückt werden kann. Der Topf 72 durchdringt einen Abdichtdeckel 90, der verbrennungsmotorfest ist, genauso wie das verbrennungsmotorfeste Bauteil 44, das einen vorderen Dichtflansch des Verbrennungsmotors darstellt, der mit Hilfe von Schrauben 92 am Verbrennungsmotor festgeschraubt ist. Gegenüber dem Dichtflansch 44 ist die Riemenscheibe mit einer Dichtlippe 94 abgestützt. Durch die Abdeckung 90, die Riemenscheibe 32 mit der Dichtlippe 94 und den Dichtflansch 44 ist gewährleistet, dass das gesamte Getriebe mit den Kupplungen 36 und 40 geschlossen und so abgedichtet ist.
Nachfolgend werden die drei möglichen Betriebsstellungen des Kupplungstopfes 72 anhand der 3, 4 und 5 erläutert.
Bei der Stellung gemäß 3 kämmt die Innenverzahnung des Randes 74 des Kupplungstopfes 72 mit der Verzahnung an dem Kupplungsring 68. Gleichzeitig kämmt die Außenverzahnung des Randes 74 mit der Innenverzahnung 76 der Riemenscheibe 32. Wird nun über den Riemen 34 (1) von der elektrischen Maschine 16 Drehmoment zugeführt, wobei der Riemen 34 über die Außenverzahnung 96 an der Riemenscheibe in einer in der Figur nicht gezeigten Weise angekoppelt ist, so wird das Drehmoment gemäß den Pfeilen von der Riemenscheibe 32 auf den Kupplungstopf 72 übertragen, von diesem auf den Ring 68, der das Moment über das Ringprofilteil 64 an das Sonnenrad 18 weiterleitet. Vom Sonnenrad wird das Moment über die Planeten 20 auf den ersten Planetenträger 24 übertragen, von diesem über das Zwischenadapterstück 64 an die Kurbelwelle 26 der Verbrennungskraftmaschine. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine bei geschlossener zweiter Kupplung 40 die Verbrennungskraftmaschine starten: Es wird solange Drehmoment auf die Kurbelwelle 26 gegeben, bis eine bestimmte Drehzahl erreicht ist, und sodann wird Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Das Hohlrad 22 ist hier fest mit dem verbrennungsmotorfesten Bauteil 44 gekoppelt. Bei Ausführung des Elements 42 als dritte Kupplung ist diese zu schließen.
In Umkehr der Wirkrichtung ist es auch möglich, dass die Verbrennungskraftmaschine die elektrische Maschine mitdreht, die dann als Generator arbeitet. Man muss sich bei geschlossener zweiter Kupplung 40 dann nur eine Umkehr der Pfeile aus 3 vorstellen.
Bevorzugt erfolgt der Generatorbetrieb jedoch mit einem anderen Übersetzungsverhältnis: In der in 4 gezeigten Stellung des Kupplungstopfes 72 kämmt dessen Rand 74 mit der Riemenscheibe 32 und dem Ring 70. Mit anderen Worten ist die erste Kupplung 36 geschlossen.
Drehmoment wird nun über die Kurbelwelle 26 auf den Zwischenadapter 46, von diesem auf den Planetenträger 24, über die Planeten 20 auf den zweiten Planetenträger 38 und vom zweiten Planetenträger 38 auf den Ring 70, den Kupplungstopf 72 und die Riemenscheibe 32 übertragen, und dann weiter über den Riemen 34 an die elektrische Maschine 16 übertragen. Bei Ausführung des Elements 42 als Kupplung ist diese zu öffnen, damit das Hohlrad 22 umlaufen kann.
Bei der in 5 gezeigten Zwischenstellung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 16 ein Nebenaggregat antreibt, das in 1 mit 98 bezeichnet ist und über eine Riemenscheibe 100 mit dem Riemen 34 und damit mit der elektrischen Maschine 16 gekoppelt ist. Bei dem Nebenaggregat 98 kann es sich um den Kompressor einer Klimaanlage handeln, der bei einer Standklimatisierung zu betreiben ist, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine 10 arbeitet. In diesem Falle wird die in 5 gezeigte Stellung des Kupplungstopfes 72 angesteuert: Die Riemenscheibe 32 kämmt mit dem Kupplungstopf 72, dieser über den Stift 80 bzw. den Synchronisierungsring 78a, 78b mit dem gleitgelagerten Rohr 84, und es dreht sich weder das Sonnenrad 18 mit, noch der Planetenträger 38 bzw. 24. Bei Ausführung des Elements 42 als Kupplung ist diese zu öffnen, damit sich das Hohlrad 22 frei drehen kann.
Zum Riementrieb 14 ist auszuführen, dass dieser beispielsweise eine Übersetzung von 2,0962 aufweisen kann. Das Sonnenrad kann über 38 Zähne verfügen, das Planetenrad über 24 Zähne und das Hohlrad über 86 Zähne, sodass es sich in Umkehrrichtung dreht. Bei einer Anzahl von vier Planeten beträgt die Übersetzung des Planetengetriebes – 3,2632.
Im Falle der 3 ergibt sich aus der Übersetzung des Planetengetriebes von 3,2632 zusammen mit der Übersetzung des Riemengetriebes die Gesamtübersetzung für den Start von 6,8401.
Im Falle der Schaltstellung gemäß 4 beträgt die Übersetzung im Planetengetriebe genau 1,00, da die beiden Planetenträger 38 und 24 unmittelbar miteinander gekoppelt sind. Für den Generatorbetrieb gemäß 4 beträgt die Gesamtübersetzung dann 0,4771.
Die Gesamtübersetzung für den Generatorbetrieb gemäß 4 bei geschlossener erster Kupplung 36 bis um 2,26-fache höher als die Übersetzung, die sich bei Schließen der ersten Kupplung 40 ergeben würde.
Hier zeigt sich der Vorteil des Bereitstellens unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse. Je nach Bedarf kann jedoch auch bei der Schaltstellung gemäß 3 Generatorbetrieb erfolgen. Bei der Schaltstellung gemäß 4 kann umgekehrt ein Boost-Betrieb erfolgen.
Um einen Wechsel zwischen den Schaltstellungen 3, 4 und 5 hervorrufen zu können, muss Kraft auf den Kupplungstopf 72 ausgeübt werden. Insbesondere muss die Federkraft der Feder 82, die den Stift 80, gegebenenfalls mit einer Halbkugel, gegen den Rand 74 des Kupplungstopfes 72 drückt, überwunden werden. Zur Synchronisierung ist es wesentlich, dass sich zunächst die Synchronisierungsringe 78a und 78b mit einem der Ringe 68, 70 mitderhen, was durch die Mitnehmerelemente 86a, 86b ermöglicht wird, und dass dann die Synchronisierungsringe 78a, 78b den anderen der Ringe mitdrehen. Erst bei erreichter Synchronisierung kann der Rand 74 des Kupplungstopfes 72 in Eingriff mit einem der Ringe 68 bzw. 70 gelangen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19941705 A1 [0001, 0002, 0003]
WO 2009/121188 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine (10) und einer elektrischen Maschine (16), die über ein Planetengetriebe (12) miteinander koppelbar sind, wobei eine erste (16) der Maschinen wahlweise über eine erste Kupplung (36) mit einem Planetenträger (38) des Planetengetriebes koppelbar ist und über eine zweite Kupplung (40) mit einem Element (18) des Planetengetriebes aus der Gruppe von Sonnenrad (18) und Hohlrad (22) koppelbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maschine die elektrische Maschine (16) ist und über die zweite Kupplung (40) mit dem Sonnenrad (18) koppelbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) über einen Planetenträger (24) mit dem Planeten (20) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element (22) aus der Gruppe von Sonnenrad (18) und Hohlrad (22) über einen Freilauf (42) an ein bezüglich der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs festes Bauteil (44) angebunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element (22) aus der Gruppe von Sonnenrad (18) und Hohlrad (22) über eine dritte Kupplung (42) an ein bezüglich der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs festes Bauteil (44) anbindbar ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (16) über einen Riementrieb (14) mit der ersten Kupplung (36) und der zweiten Kupplung (40) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, bei dem eine Riemenscheibe (32) über ein topfförmiges Element (72) wahlweise mit dem Planetenträger (24, 38) einerseits oder dem Sonnenrad (18) oder dem Hohlrad (22) andererseits koppelbar ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, bei dem das topfförmige Element (72) bezüglich einer Drehachse des Sonnenrades (18) axial beweglich und in drei Stellungen verbringbar ist, wobei in einer ersten Stellung die erste Kupplung (36) offen und die zweite Kupplung (40) geschlossen ist, in einer zweiten Stellung beide Kupplungen (36, 40) offen sind und in einer dritten Stellung die erste Kupplung (36) geschlossen und die zweite Kupplung (40) offen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (36, 40) durch elektrische Signale öffenbar und schließbar sind.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Eigenschaften gemäß Patentanspruch 9 in dessen Rückbezug auf Patentanspruch 4, mit: a) Öffnen der ersten Kupplung (36) und Schließen der zweiten Kupplung (40) bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und/oder b) Öffnen der ersten Kupplung (36) und Schließen der zweiten Kupplung (40) bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und/oder c) Öffnen der ersten Kupplung (36) und Schließen der zweiten Kupplung (40) bei einem Betreiben der elektrischen Maschine (16) als Generator mit einem dritten Übersetzungsverhältnis und/oder d) Schließen der ersten Kupplung (36) und Öffnen der zweiten Kupplung (40) bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis und/oder e) Schließen der ersten Kupplung (36) und Öffnen der zweiten Kupplung (40) bei einem Betreiben der elektrischen Maschine (16) als Generator mit einem vierten Übersetzungsverhältnis und/oder f) Öffnen der ersten Kupplung (36) und Öffnen der zweiten Kupplung (40) bei einem Betreiben eines weiteren Aggregats über einen Riementrieb bei einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 6.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Eigenschaften gemäß Patentanspruch 9 in dessen Rückbezug auf Patentanspruch 5, mit: a) Öffnen der ersten Kupplung (36), Schließen der zweiten Kupplung (40) und Schließen der dritten Kupplung (42) bei einem Start der Verbrennungskraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und/oder b) Öffnen der ersten Kupplung (36), Schließen der zweiten Kupplung (40) und Schließen der dritten Kupplung (42) bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und/oder c) Öffnen der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung (40) und Schließen der dritten Kupplung (42) bei einem Betreiben der elektrischen Maschine (16) als Generator mit einem dritten Übersetzungsverhältnis und/oder d) Schließen der ersten Kupplung (36), Öffnen der zweiten Kupplung (40) und Öffnen der dritten Kupplung (42) bei einem Boosten der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis und/oder e) Schließen der ersten Kupplung (36), Öffnen der zweiten Kupplung (40) und Öffnen der dritten Kupplung (42) bei einem Betreiben der elektrischen Maschine (16) als Generator mit einem vierten Übersetzungsverhältnis und/oder f) Öffnen der ersten Kupplung (36), Öffnen der zweiten Kupplung (40) und Öffnen oder Schließen der dritten Kupplung (42) bei einem Betreiben eines weiteren Aggregats (98) über einen Riementrieb (34) bei einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 6.