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Die Erfindung betrifft ein hybridisiertes Kraftfahrzeuggetriebe, welches in Gruppenbauweise ausgeführt ist und eine Hauptgruppe, eine der Hauptgruppe nachgeschaltete Bereichsgruppe, sowie eine Elektromaschine umfasst, wobei eine Ausgangswelle der Hauptgruppe mit einer Eingangswelle der Bereichsgruppe drehfest verbunden ist, von deren Getriebekomponenten eine Getriebekomponente mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist.
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Hybridantriebe von Kraftfahrzeugen werden neben den allgemein gängigen Hybridisierungen auch teilweise durch Hybridisierungen von Kraftfahrzeuggetrieben verwirklicht. Hierbei ist eine Elektromaschine entweder mit in das Getriebegehäuse des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes integriert oder zumindest unmittelbar an dem Getriebe vorgesehen. An der jeweiligen Stelle fungiert die Elektromaschine dann, je nach konkreter Einbindung, als Generator zur Rekuperation von Bremsenergie, als Elektromotor zur Unterstützung einer dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine und ggf. auch zur Darstellung eines rein elektrischen Antriebes des Kraftfahrzeuges.
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Derartig hybridisierte Kraftfahrzeuggetriebe werden hierbei auch häufig bei Nutzfahrzeugen vorgesehen, um beispielsweise bei über längere Fahrstrecken agierenden Nutzfahrzeugen die bei Bremsvorgängen anfallende Bremsenergie rückzugewinnen und nutzbar zu machen. Unter anderem werden dabei Kraftfahrzeuggetriebe von Nutzfahrzeugen als automatisierte Kraftfahrzeuggetriebe ausgeführt, die zur Darstellung einer großen Anzahl an schaltbaren Gängen häufig in Gruppenbauweise verwirklicht werden und sich aus der Kombination einer Hauptgruppe mit zumeist einer vor- oder nachgeschalteten Splitgruppe, sowie einer nachgeschalteten Bereichsgruppe zusammensetzen. Neben einer antriebsseitigen Anordnung der Elektromaschine am jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebe, was dann zur Darstellung eines geeigneten Arbeitsbereichs der Elektromaschine zumeist die Verwendung einer zusätzlichen eingangsseitigen Vorübersetzungsstufe notwendig macht, sind auch Ausgestaltungen von hybridisierten Kraftfahrzeuggetrieben bekannt, bei welchen eine Elektromaschine im Bereich der Bereichsgruppe vorgesehen ist.
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Aus der
DE 101 52 481 A1 geht ein hybridisiertes Kraftfahrzeuggetriebe hervor, welches hierbei in Gruppenbauweise ausgeführt ist und sich aus einer Hauptgruppe sowie einer der Hauptgruppe nachgeschalteten Bereichsgruppe zusammensetzt. Die Hauptgruppe ist hierbei als Stufengetriebe ausgestaltet, bei welchem eine Antriebswelle und eine Ausgangswelle koaxial zueinander verlaufen und die Antriebswelle mit der Abtriebswelle, abgesehen von einer direkten drehfesten Koppelung der beiden Wellen, über zwischenliegende Gangstufen und mittels einer achsparallel verlaufenden Vorgelegewelle in Verbindung gebracht werden kann. Die Ausgangswelle der Hauptgruppe stellt zugleich auch die Eingangswelle der nachgeschalteten Bereichsgruppe dar, wobei die Bereichsgruppe dabei durch eine Planetenstufe gebildet ist, deren Sonnenrad drehfest auf der Eingangswelle der Bereichsgruppe platziert ist. Das Sonnenrad kämmt mit mehreren Planetenrädern, die über einen gemeinsamen Planetensteg geführt werden, wobei der Planetensteg mit einer Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden ist. Neben dem Sonnenrad kämmen die Planetenräder zudem mit einem radial außenliegenden Hohlrad, das hierbei neben einem Rotor einer Wirbelstrombremse auch mit einem Rotor einer Elektromaschine drehfest verbunden ist und zudem über eine Schalteinrichtung einerseits mit einem den Stator der Elektromaschine tragenden Getriebegehäuse und andererseits mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt werden kann. Über die Schalteinrichtung kann zusätzlich auch eine Neutralstellung dargestellt werden, in welcher das Hohlrad weder an dem Getriebegehäuse noch an der Abtriebswelle angebunden ist.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hybridisiertes Kraftfahrzeuggetriebe zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine Elektromaschine derartig angeordnet ist, dass eine möglichst kompakte axiale Baulänge des Kraftfahrzeuggetriebes realisiert wird, wobei hierbei gleichzeitig die Darstellung eines geeigneten Arbeitsbereichs dieser Elektromaschine möglich ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung ist ein hybridisiertes Kraftfahrzeuggetriebe in Gruppenbauweise ausgeführt und umfasst eine Hauptgruppe, eine der Hauptgruppe nachgeschaltete Bereichsgruppe sowie eine Elektromaschine. Des Weiteren ist eine Ausgangswelle der Hauptgruppe mit einer Eingangswelle der Bereichsgruppe drehfest verbunden, von deren Getriebekomponenten eine Getriebekomponente mit einem Rotor der Elektromaschine gekoppelt ist. Im Sinne der Erfindung kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe, abgesehen von der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe, zudem auch weitere Getriebegruppen umfassen, wie beispielsweise eine separate, der Hauptgruppe vor- oder nachgeschaltete Splitgruppe, über welche eine durch die Hauptgruppe definierte Gangfolge durch kleine Stufensprünge verdichtet wird, eine Wendegruppe und/oder auch eine Kriechganggruppe. Zudem kann die Hauptgruppe des Kraftfahrzeuggetriebes durch entsprechende Einbindungsmöglichkeiten von der Hauptgruppe zugeordneten Gangstufen auch derartig gestaltet sein, dass diese Hauptgruppe die Funktionen einer Hauptgruppe und einer klassischerweise hiervon getrennten Splitgruppe vereint.
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Mit Getriebekomponenten der Bereichsgruppe sind im Sinne der Erfindung der Bereichsgruppe zugeordnete drehbare Bauteile, wie Wellen, Zahnräder, etc., gemeint, wobei von diesen Komponenten eine mit dem Rotor der Elektromaschine in Verbindung steht. Die Elektromaschine ist im Sinne der Erfindung insbesondere als Asynchronmaschine ausgestaltet, kann aber auch in Form einer permanenterregten Synchronmaschine vorliegen.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass der Rotor der Elektromaschine auf einer achsversetzt zu einer Eingangswelle der Bereichsgruppe verlaufenden Rotorwelle angeordnet ist, die mit der Eingangswelle der Bereichsgruppe über eine Übersetzungsstufe in Verbindung steht. Mit anderen Worten verläuft also eine den Rotor der Elektromaschine tragende Rotorwelle achsparallel zu der Eingangswelle der Bereichsgruppe und ist mit der Eingangswelle über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe gekoppelt.
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Eine derartige Anordnung der Elektromaschine hat hierbei den Vorteil, dass eine Lage der zwischen Eingangswelle und Rotorwelle vorgesehenen Übersetzungsstufe dabei so gewählt werden kann, dass die Elektromaschine versetzt zu der Bereichsgruppe und damit ohne nennenswerte Vergrößerung der axialen Abmessung des Kraftfahrzeuggetriebes angeordnet werden kann. Zudem können die Rotorwelle und die Elektromaschine über die Übersetzungsstufe problemlos in außenradialen Bereichen der Bereichsgruppe platziert werden, an welchen noch Bauraum zur Unterbringung der Elektromaschine zur Verfügung steht. Dies ist hierbei ohne Beeinträchtigung einer Schaltaktuatorik der Bereichsgruppe möglich. Ferner kann über die Übersetzungsstufe hierbei ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle der Bereichsgruppe und der Rotorwelle definiert werden, so dass die Elektromaschine bezogen auf ihr Wirkungsgradkennfeld, ihre Drehmomentkurve und ihre Leistungscharakteristik in einem geeigneten Arbeitsbereich betreibbar ist. So kann die Elektromaschine als radial kompakt bauende, schnell laufende Asynchronmaschine ausgeführt werden, auf deren Rotorwelle eine Drehbewegung der Eingangswelle der Bereichsgruppe ins Schnelle übersetzt wird.
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Im Sinne der Erfindung steht die Eingangswelle der Bereichsgruppe dabei insbesondere mit einer Ausgangswelle der vorgeschalteten Hauptgruppe in Verbindung, wobei hierbei weitere Getriebegruppen dazwischen liegen können. Besonders bevorzugt ist die Eingangswelle der Bereichsgruppe aber drehfest mit der Ausgangswelle der Hauptgruppe verbunden, wobei diese drehfeste Verbindung hierbei entweder durch eine drehfeste Koppelung zweier koaxial zueinander verlaufenden Getriebewellen oder auch durch eine einstückige Ausführung der beiden Getriebewellen verwirklicht sein kann. Im letztgenannten Fall werden also Ausgangswelle der Hauptgruppe und die Eingangswelle der Bereichsgruppe durch eine einzige Getriebewelle gebildet.
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Im Unterschied hierzu ist die Elektromaschine im Falle der
DE 101 52 481 A1 der Bereichsgruppe axial nachgeschaltet, was eines entsprechenden axialen Bauraumes bedarf. Zudem ist der Rotor der Elektromaschine im Falle der
DE 101 52 481 A1 drehfest mit dem Hohlrad der Planetenstufe der Bereichsgruppe gekoppelt, so dass bei Festsetzen des Hohlrades am umliegenden Getriebegehäuse zur Darstellung einer Bereichsübersetzung auch der Rotor der Elektromaschine stillgesetzt wird und dementsprechend kein generatorischer oder motorischer Betrieb der Elektromaschine möglich ist. Zudem wird der Arbeitsbereich der Elektromaschine fest durch die über die Bereichsgruppe darstellbaren Bereichsübersetzungen definiert und kann nicht hiervon unabhängig gestaltet werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist die Übersetzungsstufe axial zwischen der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe vorgesehen, wobei die Rotorwelle ausgehend von der Übersetzungsstufe an der Bereichsgruppe vorbeigeführt ist und auf einer der Übersetzungsstufe abgewandten axialen Seite der Bereichsgruppe den Rotor trägt. Das Vorsehen der Übersetzungsstufe zwischen der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe hat hierbei den Vorteil, dass eine Einbindung der Elektromaschine im Anschluss an die Hauptgruppe und vor der Bereichsgruppe erfolgt. Hierdurch kann auch eine über die Elektromaschine eingeleitete Antriebsbewegung über die nachgeschaltete Bereichsgruppe in unterschiedliche Fahrbereiche übersetzt werden, so dass in der Folge unterschiedliche Fahrgeschwindigkeiten generierbar sind. Des Weiteren ermöglicht die Anbindung der Elektromaschine zwischen Hauptgruppe und Bereichsgruppe, im Zusammenspiel mit der Möglichkeit über die Hauptgruppe eine antriebsseitige und/oder über die Bereichsgruppe eine abtriebsseitige Entkoppelung darzustellen, den Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes mit unterschiedlichen Hybridfunktionen, wie beispielsweise Rekuperieren und elektrisches Fahren, Stillstandsladen, eine Start-Stopp-Funktion und/oder eine Zugkraftunterstützung über die Elektromaschine. Durch das Vorbeiführen der Rotorwelle an der Bereichsgruppe muss die Elektromaschine hierbei aber nicht axial zwischen Hauptgruppe und Bereichsgruppe vorgesehen werden, sondern kann problemlos axial neben der Bereichsgruppe angeordnet werden. Insgesamt kann hierdurch der axiale Abstand zwischen der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe weitestgehend beibehalten und gleichzeitig die Elektromaschine auf kompakte Art und Weise zwischen Hauptgruppe und Bereichsgruppe angebunden werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Rotorwelle mit einem Ende, an welchem der Rotor angeordnet ist, aus einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes herausgeführt, wobei außen am Getriebegehäuse im Bereich der Herausführung der Rotorwelle aus dem Getriebegehäuse ein Gehäuse der Elektromaschine angeflanscht ist, welches einen den Rotor radial umgebenden Stator aufnimmt. Vorteilhafterweise ist hierdurch eine kompakte Anordnung der Elektromaschine möglich. Zudem kann die Elektromaschine hierbei auf einfache Art und Weise von einem Innenraum des Kraftfahrzeuggetriebes abgekapselt werden, wodurch bei einer trockenlaufenden Elektromaschine empfindliche Elektronikkomponenten weitestgehend von Öl des Kraftfahrzeuggetriebes getrennt sind. Des Weiteren ist die Elektromaschine hierdurch gut von außen zugänglich. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, den Stator auf einer Innenseite des Getriebegehäuses zu befestigen. Hierbei ist dann unter Umständen durch das Getriebegehäuse ein entsprechend abgekapselter Raum auszubilden.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektromaschine an einen Schmiermittelkreislauf des Kraftfahrzeuggetriebes angebunden. Hierdurch kann eine als nasslaufende Maschine ausgeführte Elektromaschine über den Ölhaushalt des Kraftfahrzeuggetriebes geschmiert und gekühlt werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt, dass die Bereichsgruppe als Planetenstufe ausgeführt ist, deren Sonnenrad mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist und mit zumindest einem Planetenrad kämmt, welches über einen mit einer Abtriebswelle gekoppelten Planetensteg geführt ist, wobei ein ebenfalls mit dem zumindest einen Planetenrad im Zahneingriff stehendes Hohlrad einerseits an einem Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes festgesetzt und andererseits mit dem Planetensteg gekoppelt werden kann. Die Bereichsgruppe ist also als Planetengetriebe ausgeführt, wobei durch die unterschiedlichen Anbindungsmöglichkeiten des Hohlrades der Planetenstufe zwei unterschiedliche Bereichsübersetzungen dargestellt werden können. Im Sinne der Erfindung kann die Bereichsgruppe aber auch als anderweitig ausgestaltetes Stufengetriebe realisiert sein.
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In Weiterbildung der vorgenannten Variante ist der Bereichsgruppe eine Schalteinrichtung zugeordnet, welche in einer ersten Schaltstellung das Hohlrad am Getriebegehäuse festsetzt, in einer zweiten Schaltstellung das Hohlrad drehfest mit dem Planetensteg koppelt, sowie in einer Neutralstellung eine freie Verdrehbarkeit des Hohlrades sowohl gegenüber dem Getriebegehäuse als auch gegenüber dem Planetensteg ermöglicht. Über die Schalteinrichtung der Bereichsgruppe kann also neben den beiden Schaltstellungen zur Definition je einer Bereichsübersetzung auch eine Neutralstellung dargestellt werden, so dass durch die fehlende Koppelung des Hohlrades Hybridfunktionen wie ein Stillstandsladen und ein elektrisches Antreiben der der Hauptgruppe vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert werden können. Bevorzugt ist die Schalteinrichtung der Bereichsgruppe dabei axial zwischen der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe und hierbei bevorzugt zwischen der dort platzierten Übersetzungsstufe der Elektromaschine und der Bereichsgruppe vorgesehen. Diese axiale Anordnung der Schalteinrichtung hat dabei den Vorteil, dass eine Steuerung der Schalteinrichtung durch eine im Bereich der Hauptgruppe vorgesehene Schaltaktuatorik möglich ist, ohne dabei eine Durchführung durch drehende Bauteile der Bereichsgruppe vornehmen und ohne abtriebsseitig der Bereichsgruppe eine separate Schaltaktuatorik vorsehen zu müssen.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Bereichsgruppe ein hydrodynamischer Retarder nachgeschaltet. In der Folge kann somit eine Betriebsbremse des jeweiligen Kraftfahrzeuges zusätzlich entlastet werden. Hierbei ist ein Retarderbetrieb unabhängig von einem Betrieb der Elektromaschine möglich. Bevorzugt ist hierzu auf der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes eine Stirnradstufe vorgesehen, die die Abtriebswelle mit einer Eingangswelle des hydrodynamischen Retarders koppelt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist ein Mantel der Elektromaschine an einen Kühlmittelkreislauf anschließbar. Hierdurch kann der Mantel der Elektromaschine im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes problemlos an einen Kühlmittelhaushalt der dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschalteten Brennkraftmaschine angebunden werden, so dass eine ausreichende Kühlung der Elektromaschine möglich ist.
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Weiter bevorzugt ist über die Elektromaschine zudem ein Nebenabtrieb unmittelbar antreibbar, so dass über die Elektromaschine also ggf. zusätzlich vorgesehene Verbraucher des Kraftfahrzeuggetriebes direkt elektrisch betrieben werden können. Insbesondere ist die Rotorwelle zu diesem Zweck mit einem Flansch oder auch mit einer zusätzlichen Kupplung versehen.
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Es zeigt eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass die Hauptgruppe als Stufengetriebe ausgeführt ist, dessen Antriebswelle über eine Trennkupplung mit einer Antriebsseite gekoppelt werden kann und über mindestens eine von mehreren Übersetzungsstufen mit der Ausgangswelle in Verbindung bringbar ist. Besonders bevorzugt ist dabei bei diesem Stufengetriebe die Antriebswelle koaxial zu der Ausgangswelle vorgesehen, wobei achsversetzt zur Antriebswelle und der Ausgangswelle zumindest ein Vorgelege verläuft, welches zur Darstellung eines Kraftflusses zwischen Antriebswelle und Ausgangswelle einerseits mit der Antriebswelle und andererseits mit der Ausgangswelle über Gangstufen in Verbindung gebracht werden kann. Weiter bevorzugt kann die Antriebswelle hierbei auch zur Darstellung eines Direktganges unmittelbar drehfest mit der Ausgangswelle verbunden werden. Ferner ist in dem Stufengetriebe insbesondere auch ein Neutralgang darstellbar, so dass ein elektrisches Fahren über die Elektromaschine auch bei geschlossener Trennkupplung des Stufengetriebes möglich ist oder auch ein an dem zumindest einen Vorgelege anbindbarer Nebenabtrieb mit der Elektromaschine ohne weiteren Durchtrieb zur Antriebsmaschine gekoppelt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus der Figur hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnung durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher dargestellt, welche Bezug auf die in der Figur dargestellte Zeichnung nimmt.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei dieses Kraftfahrzeuggetriebe dabei insbesondere für ein Nutzfahrzeug geeignet ist. Vorliegend setzt sich das Kraftfahrzeuggetriebe hierbei aus einer Hauptgruppe 1, einer Bereichsgruppe 2, einer Elektromaschine 3 und einem hydrodynamischen Retarder 4 zusammen.
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Die Hauptgruppe 1 ist hierbei durch ein Stufengetriebe gebildet, dessen Antriebswelle AnW über eine Trennkupplung K mit einer Antriebsseite AN des Kraftfahrzeuggetriebes und hierüber im Verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges gekoppelt werden kann. Koaxial zu der Antriebswelle AnW ist des Weiteren eine Ausgangswelle AW der Hauptgruppe 1 vorgesehen, die zugleich auch die Eingangswelle EW der nachgeschalteten Bereichsgruppe 2 ausbildet und mit der Antriebswelle AnW über Gangstufen A bis E in Verbindung gebracht werden kann.
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Achsversetzt zu der Antriebswelle AnW und der Ausgangswelle AW sind zudem zwei Vorgelege 5 und 6 der Hauptgruppe 1 angeordnet, deren Vorgelegewellen VW1 und VW2 über die Gangstufen A bis E jeweils gleichzeitig mit der Antriebswelle AnW bzw. der Ausgangswelle AW gekoppelt werden können. Hierbei sind die Gangstufen A bis E jeweils als Zweivorgelegewellenradsätze ausgebildet, bei welchen jeweils ein auf der Antriebswelle AnW bzw. auf der Ausgangswelle AW drehbar gelagertes Stirnrad mit je einem seitens der Vorgelegewelle VW1 und je einem auf Seiten der Vorgelegewelle VW2 drehfest vorgesehenen Stirnrad im Zahneingriff steht. Wird also das drehbar gelagerte Stirnrad an der Antriebswelle AnW bzw. an der Ausgangswelle AW festgesetzt, so wird eine Drehbewegung der Antriebswelle AnW auf die beiden Vorgelege 5 und 6 übersetzt bzw. Drehbewegungen der Vorgelegewellen VW1 und VW2 in eine entsprechende Drehzahl der Ausgangswelle AW umgesetzt. Bei Führen des Kraftflusses über die beiden Vorgelege 5 und 6 erfolgt also zunächst ausgehend von der Antriebswelle AnW eine Leistungsverzweigung auf die beiden Vorgelegewellen VW1 und VW2, wobei die Antriebsleistung im Anschluss daran wieder auf die Ausgangswelle AW zusammengeführt wird.
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Wie aus der einzigen Figur zu erkennen ist, kann die Antriebswelle AnW einerseits mit dem zwischenliegenden Stirnrad der Gangstufe A und andererseits mit dem zwischenliegenden Stirnrad der Gangstufe B mittels zugehöriger Schaltelemente drehfest verbunden werden, die hierbei in einer Schalteinrichtung SE1 zusammengefasst sind. Diese Schalteinrichtung SE1 ist hierbei als Sperrsynchronisation ausgestaltet, über welche das jeweils drehbar gelagerte Stirnrad der jeweiligen Gangstufe A bzw. B nach Abbau von Drehzahldifferenzen mit der Antriebswelle AnW verbunden wird. Die Gangstufen A und B fungieren hierbei als Vorübersetzungsstufen, mittels welchen jeweils die Drehbewegung der Antriebswelle AnW mit einem je zugeordneten Übersetzungsverhältnis auf die Vorgelegewellen VW1 und VW2 geführt werden kann, von wo aus dann eine weitere Übersetzung auf die Ausgangswelle AW mittels der nachfolgenden Gangstufen C bis E vorgenommen wird. Das drehbar gelagerte Stirnrad der Gangstufe B kann aber zudem noch drehfest mit der Ausgangswelle AW verbunden werden, so dass einerseits bei gleichzeitig drehfester Anbindung an die Antriebswelle AnW ein starrer Durchtrieb von der Antriebswelle AnW auf die Ausgangswelle AW dargestellt werden kann und andererseits über die Gangstufe B ebenfalls eine Übersetzung von Drehbewegungen der Vorgelegewellen VW1 und VW2 auf die Ausgangswelle AW möglich ist.
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Vorliegend ist die abtriebswellenseitige Anbindung des Losrades der Gangstufe B hierbei über ein Schaltelement möglich, welches mit einem weiteren Schaltelement in einer Schalteinrichtung SE2 zusammengefasst ist, bei dessen Betätigung das Losrad der benachbart liegenden Gangstufe C an der Ausgangswelle AW festgesetzt wird. Bei diesem Festsetzen des Losrades der Gangstufe C wird dementsprechend eine Drehbewegung der Ausgangswelle AW unter einem durch die Gangstufe C definierten Übersetzungsverhältnis mit Drehbewegungen der Vorgelegewellen VW1 und VW2 gekoppelt. Dabei ist die Schalteinrichtung SE2 als formschlüssige Schalteinrichtung in Form einer Klauenkupplung ausgeführt, über deren – vorliegend nur stark schematisch angedeutete – Schaltklaue entweder eine formschlüssige Koppelung des Losrades der Gangstufe B oder des Losrades der Gangstufe C mit der Ausgangswelle AW vollzogen werden kann. Auch die beiden Losräder der benachbart liegenden Gangstufen D und E können jeweils an der Ausgangswelle AW über formschlüssige Schaltelemente festgesetzt werden, wobei diese Schaltelemente in einer Schalteinrichtung SE3 zusammengefasst sind, die ebenfalls als Klauenkupplung realisiert ist. Die Gangstufe E ist hierbei als Radsatz eines Rückwärtsganges der Hauptgruppe 1 ausgeführt, bei welcher im Vergleich zu den Gangstufen B bis D eine entgegengesetzte Drehrichtung der Ausgangswelle AW bei Einbindung in den Kraftfluss hervorgerufen wird.
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Die der Hauptgruppe 1 nachgeschaltete Bereichsgruppe 2 ist vorliegend als Planetenstufe 7 realisiert, welche sich aus einem Hohlrad HO, einem Planetensteg ST und einem Sonnenrad SO zusammensetzt. Dabei ist das Sonnenrad SO drehfest auf der Eingangswelle EW der Bereichsgruppe 2 und damit auch auf der Ausgangswelle AW der Hauptgruppe 1 angeordnet und kämmt mit Planetenrädern PL1 und PL2, welche hierbei jeweils durch den Planetensteg ST geführt werden und ferner jeweils mit dem radial außenliegenden Hohlrad HO im Zahneingriff stehen. Der Planetensteg ST ist vorliegend zudem drehfest mit einer Abtriebswelle AbW verbunden, die hierbei zugleich die Abtriebswelle des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes darstellt und im verbauten Zustand des Getriebes mit weiteren Komponenten eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht. Zur Darstellung zweier unterschiedlicher Bereichsübersetzungen kann das Hohlrad HO einerseits an einem Getriebegehäuse 8 des Kraftfahrzeuggetriebes festgesetzt und andererseits drehfest mit dem Planetensteg ST gekoppelt werden. Diese beiden Koppelungsmöglichkeiten können hierbei über eine Schalteinrichtung SE4 dargestellt werden, welche vorliegend als Sperrsynchronisation ausgestaltet ist und neben den beiden Schaltstellungen zudem eine Neutralstellung ermöglicht, in welcher das Hohlrad HO frei gegenüber dem Getriebegehäuse 8 und dem Planetensteg ST verdrehbar ist.
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Zur Hybridisierung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes ist zudem die Elektromaschine 3 vorgesehen, wobei diese als Besonderheit und zur Darstellung eines in axialer Richtung möglichst kompakten Aufbaus des Kraftfahrzeuggetriebes achsversetzt zu der Eingangswelle EW angeordnet ist. Hierbei ist ein Rotor 9 der Elektromaschine 3 dadurch mit der Eingangswelle EW und damit dem Sonnenrad SO der Bereichsgruppe 2 gekoppelt, indem der Rotor 9 auf einer Rotorwelle RW vorgesehen ist, die mit der Eingangswelle EW über eine Übersetzungsstufe 10 in Verbindung steht. Diese Übersetzungsstufe 10 ist vorliegend als Hochtreiberstufe ausgeführt, deren drehfest auf der Rotorwelle RW vorgesehenes Stirnrad Z1 im Durchmesser und von der Zähnezahl her kleiner ausgeführt ist als das drehfest auf der Eingangswelle EW platzierte Zahnrad Z2. Infolgedessen wird eine Drehbewegung der Rotorwelle RW in eine entsprechend geringere Drehzahl der Eingangswelle EW übersetzt bzw. umgekehrt eine Drehbewegung der Eingangswelle EW auf die Rotorwelle RW ins Schnelle umgesetzt. Vorliegend ist die Übersetzungsstufe 10 dabei gemeinsam mit der Schalteinrichtung SE4 axial zwischen der Hauptgruppe 1 und der Bereichsgruppe 2 vorgesehen.
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Wie des Weiteren aus der einzigen Figur zu erkennen ist, ist die Rotorwelle RW zur Anbindung an den Rotor 9 der Elektromaschine 3 aus dem Getriebegehäuse 8 herausgeführt, wobei die Rotorwelle RW hierbei ausgehend von der Übersetzungsstufe 10 an der Planetenstufe 7 der Bereichsgruppe 2 vorbei verläuft, um auf einer der Übersetzungsstufen 10 abgewandt liegenden axialen Seite der Bereichsgruppe 2 den Rotor 9 aufzunehmen. Radial umliegend zum Rotor 9 ist hierbei ein Stator 11 der Elektromaschine 3 vorgesehen, welcher gemeinsam mit dem Rotor 9 in einem Gehäuse 12 der Elektromaschine 3 aufgenommen ist. Folglich ist also die Elektromaschine 3 auf einer Außenseite des Getriebegehäuses 8 vorgesehen, wobei das Gehäuse 12 der Elektromaschine 3 dabei an dem Getriebegehäuse 8 angeflanscht ist. Zudem ist die Rotorwelle RW noch an einem dem Stirnrad Z1 abgewandt liegenden Ende mit einem Steckanschluss 13 versehen, an welchem ein Nebenabtrieb des Kraftfahrzeuggetriebes angekoppelt werden kann. Alternativ dazu kann im Rahmen der Erfindung jedoch auch eine entsprechende Anschlussstelle an der Vorgelegewelle VW2 des Vorgeleges 6 ausgestaltet sein.
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Über die Anbindung der Elektromaschine 3 an die Eingangswelle EW und somit auch an die Ausgangswelle AW mit Hilfe der Übersetzungsstufe 10 können unterschiedliche Hybridfunktionen des Kraftfahrzeuggetriebes in Form von Rekuperieren, elektrischem Fahren, Stillstandsladen, sowie Boosten oder elektrischem Antreiben der Antriebsmaschine dargestellt werden, auf welche im Folgenden kurz eingegangen werden soll:
Zum Rekuperieren, also der Darstellung eines generatorischen Betriebs der Elektromaschine 3, wird eine Drehbewegung der Abtriebswelle AbW über die Bereichsgruppe 2 je nach gewählter Bereichsübersetzung entsprechend auf die Eingangswelle EW und damit über die Übersetzungsstufe 10 auch auf die Rotorwelle RW übersetzt, wodurch über den innerhalb des Stators 11 rotierenden Rotor 9 elektrische Energie erzeugt wird.
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In umgekehrter Richtung kann über die Elektromaschine 3 auch entsprechend ein elektrisches Fahren, also ein elektromotorischer Betrieb der Elektromaschine 3, vollzogen werden, bei welchem der Rotor 9 und damit auch die Rotorwelle RW in Drehbewegung versetzt werden und diese Drehbewegung über die Übersetzungsstufe 10 in eine entsprechende Drehzahl der Eingangswelle EW, sowie mittels der Bereichsgruppe 2 in eine entsprechende Drehbewegung der Abtriebswelle AbW übersetzt wird. Bevorzugt wird in der Hauptgruppe 1 dabei eine Neutralstellung eingelegt, in welchem keines der Schaltelemente der Schalteinrichtungen SE1, SE2 und SE3 betätigt ist. Hierbei kann die Trennkupplung K in einem betätigten Zustand verbleiben, ohne dass die auf die Eingangswelle EW und damit auch auf die Ausgangswelle AW übersetzte Drehbewegung zur Antriebsmaschine geleitet wird. Bevorzugt wird beim elektrischen Fahren in der Bereichsgruppe ein niedriger Bereichsgang durch drehfestes Koppeln des Hohlrades HO mit dem Getriebegehäuse 8 gewählt.
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Ein Stillstandsladen, also ein Laden eines mit der Elektromaschine 3 gekoppelten – vorliegend nicht weiter dargestellten – Speichers, wird bei stehendem Fahrzeug vollzogen, indem die Schalteinrichtung SE4 der Bereichsgruppe 2 in Neutralstellung gebracht wird und in der Folge aufgrund des damit frei verdrehbaren Hohlrades HO keine Übersetzung auf die Abtriebswelle AbW stattfindet. Eine Drehzahl der Antriebsmaschine wird über die Hauptgruppe 1 auf die Eingangswelle EW mit einer entsprechend gewählten Übersetzung übertragen und damit mittels der Übersetzungsstufe 10 auch auf die Rotorwelle RW übersetzt, wobei dies über die im generatorischen Betrieb agierende Elektromaschine 3 entsprechend in elektrische Energie umgesetzt wird. Besonders bevorzugt wird hierbei in der Hauptgruppe 1 ein einen Overdrive darstellender Gang gewählt, um eine möglichst große Drehzahl der Eingangswelle EW darzustellen.
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Analog dazu wird auch ein Start-Stopp-Betrieb realisiert, bei welchem die an der Antriebsseite AN angebundene Antriebsmaschine über die Elektromaschine 3 angeschleppt wird. Auch hierbei ist in der Bereichsgruppe 2 die Neutralstellung der Schalteinrichtung SE4 gewählt.
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Schließlich kann eine über die Antriebsmaschine dargestellte und mittels der Hauptgruppe 1 auf die Eingangswelle EW übersetzte Drehbewegung auch noch durch die Elektromaschine 3 verstärkt werden, indem diese unterstützend über die Übersetzungsstufe 10 auf die Eingangswelle EW einwirkt. Dieses Boosten kann hierbei auch zur Unterstützung eines Schaltwechsels in der Bereichsgruppe 2 genutzt werden, indem über die Elektromaschine 3 eine schnellere Drehzahlangleichung der zu koppelnden Elemente Hohlwelle HO und Planetensteg ST oder Hohlwelle HO und Getriebegehäuse 8 durch entsprechendes Beschleunigen oder Abbremsen unterstützt wird.
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Bevorzugt ist die Elektromaschine 3 hierbei als radial kompakt bauende, schnell laufende Asynchronmaschine ausgeführt, die hierbei nur in zwei Quadranten zur Darstellung der vorgenannten Hybridfunktionen betrieben wird, was eine Steuerung der Elektromaschine 3 und den Aufbau eines zugeordneten Wechselrichters vereinfacht. Ein Schmieren und Kühlen bewegter Teile der Elektromaschine 3 wird dabei vollständig über den Ölhaushalt des Getriebes dargestellt, indem das Gehäuse 12 der Elektromaschine 3 über entsprechende Versorgungskanäle verfügt, die getriebeseitig an entsprechende Versorgungsleitungen angebunden sind. Zusätzlich wird ein Mantel des Gehäuses 12 noch im verbauten Zustand des Kraftfahrzeuggetriebes mit einem Kühlmittelsystem der Brennkraftmaschine verbunden, um die Elektromaschine 3 zu kühlen.
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Schließlich ist der Bereichsgruppe 2 noch der hydrodynamische Retarder 4 nachgeschaltet, indem auf der Abtriebswelle AbW ein Stirnrad Z3 einer Stirnradstufe 14 platziert ist, das mit einem Stirnrad Z4 permanent im Zahneingriff steht. Das Stirnrad Z4 wiederum ist drehfest auf einer Turbinenwelle 15 des hydrodynamischen Retarders 4 vorgesehen, so dass eine Drehzahl der Abtriebswelle AbW in eine entsprechende Rotation der Turbinenwelle 15 umgesetzt wird. Der hydrodynamische Retarder 4 ist hierbei auf dem Fachmann bekannte Art und Weise ausgestaltet, so dass bei Befüllen des Retarders 4 ein entsprechendes Bremsmoment an der Abtriebswelle AbW dargestellt werden kann. Aufgrund der auf entgegengesetzten Seiten der Bereichsgruppe 2 vorgenommenen Einbindung der Elektromaschine 3 und des Retarders 4 beeinflussen sich diese beiden Komponenten nicht, so dass ein Retarderbetrieb unabhängig von einem Betrieb der Elektromaschine 3 möglich ist.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines hybridisierten Kraftfahrzeuggetriebes ist somit aufgrund der Einbindung einer Elektromaschine 3 ein in axialer Richtung kompakter Aufbau des Kraftfahrzeuggetriebes möglich, wobei gleichzeitig sämtliche Hybridfunktionen im Bereich des Kraftfahrzeuggetriebes dargestellt werden können. Aufgrund der Tatsache, dass ein Rotor 9 der Elektromaschine 3 mit der Eingangswelle EW der Bereichsgruppe 2 in Verbindung steht, können die Hybridfunktionen hierbei auch bei drehfester Koppelung eines Hohlrades HO der Bereichsgruppe 2 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptgruppe
- 2
- Bereichsgruppe
- 3
- Elektromaschine
- 4
- Retarder
- 5
- Vorgelege
- 6
- Vorgelege
- 7
- Planetenstufe
- 8
- Getriebegehäuse
- 9
- Rotor
- 10
- Übersetzungsstufe
- 11
- Stator
- 12
- Gehäuse
- 13
- Steckanschluss
- 14
- Stirnradstufe
- 15
- Turbinenwelle
- AN
- Antriebsseite
- AnW
- Antriebswelle
- EW
- Eingangswelle
- AW
- Ausgangswelle
- VW1
- Vorgelegewelle
- VW2
- Vorgelegewelle
- AbW
- Abtriebswelle
- RW
- Rotorwelle
- Z1
- Zahnrad
- Z2
- Zahnrad
- Z3
- Zahnrad
- Z4
- Zahnrad
- SE1
- Schalteinrichtung
- SE2
- Schalteinrichtung
- SE3
- Schalteinrichtung
- SE4
- Schalteinrichtung
- A–E
- Übersetzungsstufen
- HO
- Hohlrad
- ST
- Planetensteg
- SO
- Sonnenrad
- PL1
- Planetenrad
- PL2
- Planetenrad
- K
- Trennkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10152481 A1 [0004, 0012, 0012]
