DE102013021602A1

DE102013021602A1 - Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013021602A1
Application number: DE102013021602.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schilder; Dr.-Ing. Riedl Klaus; Dipl.-Ing. Müller Jörg; Rico Resch; Dipl.-Ing. Leesch Mirko
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen (V1a–V5a), zumindest zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen (E1a, E2a) und zumindest fünf EVT-Fahrbereichen (EVT1a–EVT5a) vorgesehen ist, mit einem BKM-Anbindungselement (10a; 10b; 10c) zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine (BKM1a; BKM1b; BKM1c), mit einem Getriebeausgangselement (11a; 11b; 11c) zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, mit zumindest einem EM-Anbindungselement (13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c) zur Anbindung zumindest eines Elektromotors (EM1a, EM2a; EM1b, EM2b; EM1c, EM2c), mit zumindest drei Planetenradstufen (P1a, P2a, P3a; P1b, P2b, P3b; P1c, P2c, P3c), die wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, sowie mit zumindest drei Kupplungseinheiten (C1a, C2a, C3a; C1b, C2b, C3b; C1c, C2c, C3c), die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente (C11a–C32a; C11b–C32b; C11c–C32c), und zumindest zwei Bremseinheiten (B1a, B2a; B1b, B2b; B1c, B2c), die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement (B11a–B22a; B11b–B22b; B11c–B22c) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2009/077097 A1 ist ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug mit drei entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradstufen, mit einem BKM-Anbindungselement zur Anbindung einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebeausgangselement zur Anbindung eines Achsantriebs, mit einem ersten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines ersten Elektromotors, mit einem zweiten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines zweiten Elektromotors und mit fünf Schalteinheiten, die teilweise als Kupplungseinheiten und teilweise als Bremseinheiten ausgeführt sind, bekannt, wobei die dritte Planetenradstufe des Hybrid-Mehrstufengetriebes einen Doppelplanetenradsatz aufweist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hybrid-Mehrstufengetriebe zur Ausbildung eines Hybridantriebsmoduls mit hoher Flexibilität und hohem Wirkungsgrad bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Hybrid-Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, zumindest zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen und zumindest fünf EVT-Fahrbereichen vorgesehen ist, mit einem BKM-Anbindungselement zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebeausgangselement zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, mit zumindest einem EM-Anbindungselement zur Anbindung zumindest eines Elektromotors, mit zumindest drei Planetenradstufen, die wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, sowie mit zumindest drei Kupplungseinheiten, die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente, und zumindest zwei Bremseinheiten, die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement aufweisen, vorgeschlagen.
Dadurch kann ein Hybrid-Mehrstufengetriebe mit einer sehr hohen Flexibilität bereitgestellt werden, da zum einen eine hohe Lastschaltbarkeit und zum anderen ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere auch in Verbindung mit den Elektromotoren, erreicht werden kann. Zudem können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung Übersetzungsverhältnisse insbesondere in den EVT-Fahrbereichen und den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen besser dargestellt werden. Bauteilbelastungen in dem Hybrid-Mehrstufengetriebe können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest teilweise gesenkt werden, wodurch insbesondere ein Leichtbau vereinfacht werden kann. Zudem können Belastungen für die Elektromotoren durch die verbesserten Übersetzungsverhältnisse reduziert werden, wodurch kleinere Elektromotoren verwendet werden können. Dadurch können insbesondere Kosten reduziert werden. Weiter kann durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere bei einer leistungsneutralen Fahrt ein geringer Leistungsfluss zwischen den beiden Elektromotoren erreicht werden, wodurch elektrische Übertragungsverluste gesenkt und somit der Wirkungsgrad weiter verbessert werden können.
Zur Vereinfachung soll unter einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Planetenradträger” jeweils ein der ersten, der zweiten oder der dritten Planetenradstufe zugeordneter Planetenradträger verstanden werden. Entsprechend soll unter einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Sonnenrad” und einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Hohlrad” jeweils ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Sonnenrad oder ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Hohlrad verstanden werden. Beispielsweise soll unter dem ersten Planetenradträger ein Planetenradträger der ersten Planetenradstufe verstanden werden.
Unter einer „Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer „Bremseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement, das in einem geöffneten Zustand unabhängig von dem Getriebegehäuse verdrehbar ist, in einem geschlossenen Zustand ihrem drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Kopplungselement drehfest zu verbinden. Unter „drehfest verbunden” soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
Die Kupplungseinheiten sind vorzugsweise jeweils wirkungsmäßig zwischen den Planetenradstufen angeordnet, so dass in dem geschlossenen Zustand zumindest zwei Getriebeelemente der Planetenradstufen drehfest miteinander verbunden sind. Die Bremseinheiten sind jeweils wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und dem Getriebegehäuse angeordnet, so dass in dem geschlossenen Zustand zumindest ein Getriebeelement der Planetenradstufen mit dem Getriebegehäuse drehfest verbunden ist. Unter einer Kupplungseinheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere keine Kupplungseinheit verstanden werden, die der ersten Planetenradstufe vorgeschaltet oder der dritten Planetenradstufe nachgeschaltet ist. Unter einer „der ersten Planetenradstufe vorgeschalteten Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem BKM-Anbindungselement angeordnet ist. Unter einer „der dritten Planetenradstufe nachgeschalteten Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit” soll insbesondere eine Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Getriebeausgangselement und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes durch eine der ersten Planetenradstufe vorgeschaltete und/oder der dritten Planetenradstufe nachgeschaltete Kupplungseinheit erhöht werden. Unter einem „BKM-Anbindungselement ” soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „EM-Anbindungselement” soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Rotors eines Elektromotors vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeausgangselement” soll insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs vorgesehen ist, verstanden.
Unter „zumindest konstruktiv” soll insbesondere verstanden werden, dass konstruktiv eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen ist, in einem eventuellen Ausführungsbeispiel aber von einer funktionellen Nutzung der konstruktiven Ausgestaltung abgesehen werden kann. Unter „konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mittels der Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung die Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr EVT-Fahrbereichen vorgesehen sein, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Hybrid-Mehrstufengetriebe vorzusehen. Beispielsweise ist es denkbar, in einer Betriebsstrategie lediglich zwei oder sogar nur einen der konstruktiv schaltbaren EVT-Fahrbereiche zu nutzen. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
Indem das Hybrid-Mehrstufengetriebe drei Kupplungseinheiten und zumindest zwei Bremseinheiten aufweist, umfasst das Mehrstufengetriebe in Summe zumindest fünf Schalteinheiten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest zwei der Schalteinheiten, besonders vorteilhaft zumindest drei der Schalteinheiten und besonders bevorzugt vier der Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet. Dadurch kann ein Schleppverlust gering gehalten werden, wodurch ein Leistungsverlust innerhalb des Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden kann. Vorzugsweise sind zwei der Kupplungseinheiten und die zwei Bremseinheiten als formschlüssig ausgebildete Schalteinheiten ausgeführt.
Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Unter einer reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorteilhaft über eine Schiebemuffe schaltbar. Dabei sind die formschlüssig ausgebildeten Schalteinheiten vorzugsweise ohne eine Synchronisierung ausgeführt, können grundsätzlich aber auch eine Synchronisierung aufweisen.
Vorzugsweise umfasst das Mehrstufengetriebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Kupplungseinheiten und der Bremseinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zumindest einen Teil der Kupplungseinheiten und/oder der Bremseinheiten zumindest teilweise selbstständig schaltend auszuführen. Eine selbstständig schaltende Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit ist insbesondere als ein Freilauf ausgebildet. Zur Ausbildung der Kupplungseinheiten und/oder der Bremseinheiten ist es dabei insbesondere auch möglich, schaltbare und/oder selbstständig schaltende Schalteinheiten in Reihe zu schalten, wie beispielsweise eine Reihenschaltung eines Freilaufs und einer formschlüssig oder reibschlüssig ausgeführten Schalteinheit.
Die erste, die zweite und die dritte Planetenradstufen sind vorzugsweise entlang einer Hauptrotationsachse axial hintereinander angeordnet. Grundsätzlich ist aber auch eine gestapelte Anordnung, bei der Planetenradstufen radial ineinander geschachtelt sind, denkbar. Die Nummerierungen der Planetenradstufen „erste”, „zweite” und „dritte” stellen dabei eine mögliche axiale Reihenfolge der Planetenradstufen entlang einer von der Brennkraftmaschine ausgehenden Richtung dar, wobei die erste Planetenradstufe am nächsten zu der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die im Folgenden beschriebene Ausgestaltung eines Hybrid-Mehrstufengetriebes stellt jedoch ein spezielles Ausführungsbeispiel dar, zu dem es grundsätzlich noch weitere kinematisch äquivalente Ausführungsbeispiele gibt. Durch eine räumliche Umordnung der Kupplungseinheiten und/oder der Bremseinheiten, durch eine geänderte Anordnung von Zwischenwellen, durch Vertauschung der Sonnenräder, Planetenräder und/oder Hohlräder sind grundsätzlich verschiedene kinematisch äquivalente Getriebestrukturen realisierbar, die dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf eine Anzahl der Kupplungseinheiten, der Bremseinheiten und der Planetenradstufen sowie im Hinblick auf ein Schaltschema zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge und der EVT-Fahrbereiche entsprechen. Grundsätzlich ist dabei insbesondere auch eine andere axiale Reihenfolge der Planetenradstufen denkbar, die von der dargestellten Reihenfolge abweicht.
Zudem kann auch eine Ausgestaltung der Planetenradstufen mit Einfachplanetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. Eine kinematische gleiche Wirkweise kann dabei erreicht werden, wenn ein Standübersetzungsverhältnis der entsprechenden Planetenradstufe angepasst wird. Zudem kann grundsätzlich eine Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger oder von einem Hohlrad und einem Planetenradträger getauscht werden, ohne dass sich eine Kinematik des Hybrid-Mehrstufengetriebes ändert.
Die Begriffe „axial” und „radial” sind im Folgenden insbesondere auf die Hauptrotationsache des Mehrstufengetriebes bezogen, so dass der Ausdruck „axial” insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsache verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial” insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Hauptrotationsache verläuft.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes,
2 ein Schaltschema für das Hybrid-Mehrstufengetriebe,
3 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes mit einer gestapelten Anordnung und
4 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes mit einer weiteren gestapelten Anordnung.
Die 1 und 2 zeigen ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes sowie ein Schaltschema für das gezeigte Getriebeschema. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist als ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet. Es weist genau drei Planetenradstufen P1a, P2a, P3a auf. Die erste Planetenradstufe P1a, die zweite Planetenradstufe P2a und die dritte Planetenradstufe P3a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet. Sämtliche Planetenradstufen P1a, P2a, P3a des Hybrid-Mehrstufengetriebes weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Einfachplanetenradsatz auf.
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist zur Anbindung von zwei Elektromotoren EM1a, EM2a vorgesehen. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe bildet in Verbindung mit den zwei Elektromotoren EM1a, EM2a und einer Brennkraftmaschine BKM1a ein Hybridantriebsmodul aus, welches zur Schaltung unterschiedlicher Fahrmodi vorgesehen ist, in denen Leistungsflüsse aus der Brennkraftmaschine BKM1a und/oder den Elektromotoren EM1a, EM2a unterschiedlich kombiniert oder geleitet werden. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist genau drei Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und genau drei Bremseinheiten B1a, B2a, B3a auf, die zur Schaltung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a vorgesehen sind. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a, B3a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufe P1a, P2a, P3a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a untereinander herzustellen. Die Bremseinheiten B1a, B2a, B3a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a untereinander und einem Getriebegehäuse 12a herzustellen.
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest sieben unterschiedlich übersetzte verbrennungsmotorische Vorwärtsgetriebegänge V0a, V1a, V1/2a; V2a, V3a, V4a, V5a, zumindest einen verbrennungsmotorischen Rückwärtsgetriebegang R1a, zumindest zwei elektromotorische Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a und zumindest fünf leistungsverzweigte EVT-Fahrbereiche EVT1a, EVT2a, EVT3a, EVT4a, EVT5a zu schalten. Ein Rückwärtsgetriebegang ist zudem insbesondere mittels eines der EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a oder mittels eines der elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a darstellbar. Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V0a–V5a, der tatsächlich verwendeten elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a und der tatsächlich verwendeten EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
Mögliche Lastschaltungen zwischen den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V0a–V5a, dem verbrennungsmotorischen Rückwärtsgetriebegang R1a, den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a, und den EVT-Fahrbereich EVT1a–EVT5a ergeben sich unmittelbar aus dem Schaltschema in 2. Eine Lastschaltung ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a geschlossen wird und/oder höchstens eine der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a geöffnet wird, d. h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a an eine andere der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a verändert wird. Insbesondere die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1a–V5a sind untereinander zumindest sequentiell lastschaltbar.
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist dazu vorgesehen, die Brennkraftmaschine BKM1a und die Elektromotoren EM1a, EM2a mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels des Hybrid-Mehrstufengetriebes kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine BKM1a, den Elektromotoren EM1a, EM2a und dem Achsantrieb eingestellt werden.
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist ein BKM-Anbindungselement 10a auf, das dazu vorgesehen ist, ein von der Brennkraftmaschine BKM1a abgegebenes Antriebsmoment in das Hybrid-Mehrstufengetriebe einzuleiten. Das BKM-Anbindungselement 10a, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Getriebeeingangswelle für die Brennkraftmaschine BKM1a ausgebildet ist, ist in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine BKM1a verbunden. Grundsätzlich können zwischen dem BKM-Anbindungselement 10a und der Brennkraftmaschine BKM1a weitere Bauteile, wie beispielsweise ein Schwingungsdämpfer, eine Anfahrkupplung, eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler, angeordnet sein.
Zur Anbindung der Elektromotoren EM1a, EM2a umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe zwei EM-Anbindungselemente 13a, 14a. Die EM-Anbindungselemente 13a, 14a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils permanent drehfest mit einem Rotor des entsprechenden Elektromotors EM1a, EM2a verbunden. Die EM-Anbindungselemente 13a, 14a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Rotor des entsprechenden Elektromotors EM1a, EM2a ausgebildet.
Grundsätzlich können die Elektromotoren EM1a, EM2a aber auch von dem entsprechenden EM-Anbindungselemente 13a, 14a abkoppelbar sein, beispielsweise durch eine Kupplung oder einen Freilauf, der zwischen dem Rotor des Elektromotors EM1a, EM2a und dem entsprechend EM-Anbindungselement 13a, 14a angeordnet ist. Ebenfalls möglich ist es, die Elektromotoren EM1a, EM2a mittels einer zusätzlichen Übersetzungsstufe an das jeweilige EM-Anbindungselement 13a, 14a anzubinden, beispielsweise mittels eines Stirnradtriebs, eines Ketten- oder Riementriebs oder eines Planetenradsatzes. Insbesondere ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die Elektromotoren EM1a, EM2a achsparallel versetzt zu der Hauptrotationsachse angeordnet sind. Grundsätzlich ist es weiter denkbar, dass an das Hybrid-Mehrstufengetriebe lediglich ein einzelner Elektromotor angebunden ist, oder dass auf eine Anbindung von Elektromotoren verzichtet wird.
Insbesondere kann auf den ersten Elektromotor EM1a verzichtet werden, wodurch lediglich der erste elektromotorische Vorwärtsgetriebegang E1a entfällt. Insbesondere wenn auf den ersten Elektromotor EM1a verzichtet wird, kann durch Verwendung einer Trennkupplung zwischen dem BKM-Anbindungselement 10a und der Brennkraftmaschine BKM1a ein weiterer elektromotorischer Vorwärtsgetriebegang vorgesehen werden, welcher mittels des zweiten Elektromotor EM2a schaltbar ist.
Weiter weist das Hybrid-Mehrstufengetriebe ein Getriebeausgangselement 11a auf, das dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe auszuleiten. Das Getriebeausgangselement 11a ist permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs verbunden. Dem Getriebeausgangselement 11a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels deren das aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt. Das BKM-Anbindungselement 10a und das Getriebeausgangselement 11a können grundsätzlich beliebig zueinander angeordnet sein. Das dargestellte Hybrid-Mehrstufengetriebe ist insbesondere für einen Front-Quereinbau vorgesehen, bei welchem das Getriebeausgangselement 11a axial zwischen den beiden Elektromotoren EM1a, EM2a liegt. Grundsätzlich ist auch eine koaxiale Anordnung auf gegenüberliegenden Seiten des Hybrid-Mehrstufengetriebes denkbar, insbesondere wenn das Hybrid-Mehrstufengetriebe für einen Front-Längseinbau vorgesehen sein soll. Zur Umgestaltung des Hybrid-Mehrstufengetriebes ist es möglich, die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, die Bremseinheiten B1a, B2a, die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und/oder die EM-Anbindungselemente 13a, 14a umzuordnen.
Die erste Planetenradstufe P1a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die zweite Planetenradstufe P2a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a zugewandten Seite angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein erstes Sonnenrad P11a, ein erstes Hohlrad P13a und einen ersten Planetenradträger P12a. Der Planetenradträger P12a führt Planetenräder P14a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P11a und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem Planetenradträger P12a gelagert.
Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die erste Planetenradstufe P1a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P21a, ein zweites Hohlrad P23a und einen zweiten Planetenradträger P22a. Der Planetenradträger P22a führt Planetenräder P24a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P24a kämmen mit dem Sonnenrad P21a und mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a sind drehbar auf dem Planetenradträger P22a gelagert.
Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die zweite Planetenradstufe P2a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P3a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P31a, ein zweites Hohlrad P33a und einen zweiten Planetenradträger P32a. Der Planetenradträger P32a führt Planetenräder P34a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a und mit dem Hohlrad P33a. Die Planetenräder P34a sind drehbar auf dem Planetenradträger P32a gelagert.
Die drei Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a weisen jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement C11a, C21a, C31a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement C12a, C22a, C32a auf. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente C11a, C12a, C21a, C22a, C31a, C32a drehfest miteinander zu verbinden. Beide Kopplungselemente C11a, C12a, C21a, C22a, C31a, C32a der jeweiligen Kupplungseinheit C1a, C2a, C3a sind dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, einem der Planetenradträger P12a, P22a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a permanent drehfest verbunden.
Die drei Bremseinheiten B1a, B2a, B3a weisen jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement B11a, B21a, B31a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement B12a, B22a, B32a auf. Die Bremseinheiten B1a, B2a, B3a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement B11a, B21a, B31 drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a zu verbinden. Das drehbar gelagerte Kopplungselement B11a, B21a, B31 der jeweiligen Bremseinheit B1a, B2a, B3a ist dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P23a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent drehfest verbunden. Das gehäusefest angeordnete Kopplungselement B12a, B22a, B32 der jeweiligen Bremseinheit B1a, B2a, B3a ist permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a verbunden.
Die Kupplungseinheit C2a und die Bremseinheiten B2a, B3a sind vorzugsweise formschlüssig ausgebildet, können grundsätzlich aber auch reibschlüssig ausgebildet werden. Die Kupplungseinheiten C1a, C3a und die Bremseinheit B1a sind reibschlüssig ausgebildet, können zumindest teilweise aber auch formschlüssig ausgebildet werden. Die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildeten Bremseinheit B2a, B3a umfassen jeweils eine nicht näher dargestellte Schiebemuffe, die zur Herstellung der drehfesten, formschlüssigen Verbindung zwischen den zwei Kopplungselementen C21a, C22a, B21a, B22a, B31a, B32a der entsprechenden Kupplungseinheit C2a oder Bremseinheit B2a, B3a vorgesehen sind. Die reibschlüssig ausgebildeten Kupplungseinheiten C1a, C3a und die reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit B1a sind in Form von Lamellenkupplung ausgebildet.
Die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildeten Bremseinheiten B2a, B3a können jeweils eine nicht näher dargestellte Synchronisiereinheiten aufweisen, sind vorzugsweise jedoch rein formschlüssig schaltend ausgebildet. Die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildeten Bremseinheiten B2a, B3a sind in Form von Klauenkupplungen ausgebildet. Die reibschlüssig ausgebildeten Kupplungseinheiten C1a, C3a und die reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit B1a weisen jeweils ein nicht näher dargestelltes Kupplungslamellenpaket auf, das zur Herstellung der drehfesten, reibschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Kopplungselementen C11a, C12a, C31a, C32a der entsprechenden Kupplungseinheit C1a, C3a oder Bremseinheit B1a vorgesehen ist. Insbesondere in dem fünften verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegang V5a sind damit lediglich die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildeten Bremseinheiten B2a, B3a geöffnet.
Die Kupplungseinheiten C1a, C3a sind zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die Kupplungseinheiten C1a, C3a sind vorzugsweise radial ineinander geschachtelt, wobei die Kupplungseinheit C1a innen und die Kupplungseinheit C3a außen angeordnet ist. Die Bremseinheit B2a ist in Höhe der dritten Planetenradstufe P3b angeordnet. Die Bremseinheiten B1a, B3a und die Kupplungseinheit C2a sind auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet. Die Kupplungseinheit C2a ist dabei radial innerhalb der beiden Bremseinheiten B1a, B3a angeordnet.
Die Kupplungseinheiten C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a, B3a sind außenliegend ausgeführt, d. h. eine Betätigungsmittelversorgung der Kupplungseinheiten C2a, C3a und der Bremseinheiten B1a, B2a, B3a ist ohne ein Durchführen eines Betätigungsmittels durch ein drehbar gelagertes Getriebeelement realisierbar. Lediglich die eine Kupplungseinheit C1a ist innenliegend ausgeführt, d. h. die Betätigungsmittelversorgung der Kupplungseinheit C1a ist durch ein Durchführen des Betätigungsmittels durch ein drehbar gelagertes Getriebeelement erforderlich. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a, B3a sind hydraulisch betätigt.
Zur Verbindung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a untereinander und mit den Kopplungselementen B11a–C32a umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Zwischenwellen 15a, 16a, 17a, 18a. Die Zwischenwellen 15a, 16a, 17a, 18a sind zur Übertragung eines Leistungsflusses zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a vorgesehen. Jede der Zwischenwellen 15a, 16a, 17a, 18a verbindet zumindest zumindest zwei der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, Hohlräder P13a, P23a, P33a und Kopplungselemente B11a–C32a permanent drehfest miteinander.
Das BKM-Anbindungselement 10a ist in Form einer Getriebeeingangswelle ausgeführt und verbindet die Brennkraftmaschine BKM1a, das erste Sonnenrad P11a und den zweiten Planetenradträger P22a permanent drehfest miteinander. Die Getriebeeingangswelle durchsetzt die erste Planetenradstufe P1a. Zur Anbindung der zweiten Planetenradstufe P2a ist die Getriebeeingangswelle axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a radial nach außen geführt.
Das erste EM-Anbindungselement 13a ist direkt mit dem ersten Hohlrad P13a verbunden. Die erste Zwischenwelle 15a verbindet das erste Hohlrad P13a, das erste EM-Anbindungselement 13a und das zweite Kopplungselement C32a der dritten Kupplungseinheit C3a miteinander. Die erste Zwischenwelle 15a umschließt radial außen die zweite Planetenradstufe P2a. Die dritte Kupplungseinheit C3a ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der dritten Planetenradstufe P2a angeordnet.
Die zweite Zwischenwelle 16a verbindet den ersten Planetenradträger P12a, das zweite Hohlrad P23a und das zweite Kopplungselement C12a der ersten Kupplungseinheit C1a permanent drehfest miteinander. Die erste Kupplungseinheit C1a ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet.
Die dritte Zwischenwelle 17a verbindet das erste Kopplungselement C11a der ersten Kupplungseinheit C1a, das dritte Sonnenrad P31a, das erste Kopplungselement B31a der dritten Bremseinheit B3a und das erste Kopplungselement C21a der zweiten Kupplungseinheit C2a permanent drehfest miteinander. Die erste Kupplungseinheit C1a ist auf einer der ersten Planetenradstufe P1a zugewandten Seite der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die Bremseinheit B3a und die Kupplungseinheit C2 sind auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet.
Die vierte Zwischenwelle 18a verbindet das zweite Sonnenrad P21a, das zweite Kopplungselement C22a der zweiten Kupplungseinheit C2a, das zweite EM-Anbindungselement 14a und das erste Kopplungselement B11a der ersten Bremseinheit B1a permanent drehfest miteinander. Die vierte Zwischenwelle 18a durchsetzt die dritte Planetenradstufe P3a. Zur Anbindung der Kopplungselemente C22a, B11a sowie des EM-Anbindungselements 14a ist die vierte Zwischenwelle 18a auf einer dem VM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite der dritten Planetenradstufe P3a radial nach Außen geführt. Zur Anbindung des EM-Anbindungselements 14a ist die Zwischenwelle 18a axial zwischen der Kupplungseinheit C2a und der Bremseinheit B1a radial nach außen geführt. Die Bremseinheit B1a begrenzt das Hybrid-Mehrstufengetriebe auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite.
Das erste Kopplungselement C31a der dritten Kupplungseinheit C3a und das erste Kopplungselement B21a der zweiten Bremseinheit B2a sind direkt mit dem dritten Hohlrad P33a verbunden.
Das Getriebeausgangselement 11a ist drehfest mit dem dritten Planetenradträger P32a verbunden. Das Getriebeausgangselement 11a, das in Form einer radial nach außen geführten Getriebeausgangswelle ausgebildet ist, ist axial zwischen der zweiten Bremseinheit B2a und der dritten Bremseinheit B3a nach außen geführt.
In 2 ist dargestellt, durch Schließen welcher der einzelnen Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und Bremseinheiten B1a, B2a, B3a die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V0a–V5a, der verbrennungsmotorische Rückwärtsgetriebegang R1a, die elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a und die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a geschaltet werden können. Die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V0a–V5a und der verbrennungsmotorische Rückwärtsgetriebegang R1a werden durch Schließen von jeweils drei der insgesamt sechs Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und Bremseinheiten B1a, B2a, B3a gebildet. Die elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1a, E2a werden jeweils durch Schließen von einer der Bremseinheiten B2a, B3a und einer der Kupplungseinheiten C2a, C3a gebildet. Die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a werden jeweils durch Schließen von einer der Bremseinheiten B2a, B3a und zwei der Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a gebildet.
Zur Erhöhung einer Schaltflexibilität ist zusätzlich zu den unterschiedlich übersetzten Vorwärtsgetriebegängen V0a–V5a ein weiterer Vorwärtsgetriebegang V1/2a, dessen Übersetzungsverhältnis zwischen dem des ersten Vorwärtsgetriebegangs Via und des zweiten Vorwärtsgetriebegangs V2a liegt, vorgesehen. Zudem sind neben dem vierten Vorwärtsgetriebegang V4a zwei weitere alternative vierte Vorwärtsgetriebegänge V4'a V4''a bildbar, deren Übersetzungsverhältnis gleich ist wie das des vierten Vorwärtsgetriebegangs V4a.
Die Bremseinheit B3a ist lediglich in den alternativen Vorwärtsgetriebegängen V4'a, V4''a, dem zweiten elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E2a, dem verbrennungsmotorischen Rückwärtsgetriebegang R1a und dem EVT-Fahrbereich EVT4a geschlossen. In einer Ausgestaltung ohne die Bremseinheit B3a würden diese entfallen.
In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V0a–V5a, den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1a, E2a und den EVT-Fahrbereichen EVT0a–EVT5a hängen Drehzahlen und Leistungsflüsse von einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt ab. In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V0a–V5a sind die Elektromotoren EM1a, EM2a für eine Boost-Funktion und eine Rekuperation vorgesehen. Weiter ist in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegärtgen V0a–V5a eine rein verbrennungsmotorische Fahrt möglich. In den elektrischen Vorwärtsgetriebegängen E1a, E2a ist insbesondere der erste Elektromotor EM1a als Antriebsmotor vorgesehen. In den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1a, E2a ist zudem ein Start der Brennkraftmaschine BKM1a möglich. Der Start der Brennkraftmaschine BKM1a kann in den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1a, E2a rückwirkungsfrei erfolgen, indem lediglich ein Teil der von dem oder den Elektromotoren EM1a, EM2a abgegebenen Leistung an die Brennkraftmaschine BKM1a geleitet wird.
In den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT5a stellen sich Drehzahlen und Leistungsflüsse insbesondere in Abhängigkeit von einer Leistung ein, die von den Elektromotoren EM1a, EM2a abgegeben oder aufgenommen wird. In den leistungsverzweigten EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT5a ist ein Drehzahlverhältnis zwischen dem BKM-Anbindungselement 10a und dem Getriebeausgangselement 11a mittels der Elektromotoren EM1a, EM2a zumindest in Teilbereichen stufenlos verstellbar. Dazu wird in den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT5a vorzugsweise jeweils einer der Elektromotoren EM1a, EM2a als Generator betrieben, während der andere Elektromotor EM1a, EM2a eine Antriebsleistung bereitstellt. In den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT5a wird je nach Betriebszustand eine elektrische Leistung aus einer Batterie entnommen oder es wird der Batterie elektrische Leistung zugeführt. Insbesondere die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a ermöglichen zudem zumindest teilweise ein Anfahren aus einem Fahrzeugstillstand bei laufender Brennkraftmaschine BKM1a, d. h. bei geeigneter Drehzahl der EM-Anbindungselemente 13a, 14a weist das BKM-Anbindungselement 10a eine Drehzahl ungleich Null auf, während gleichzeitig das Getriebeausgangselement 11a eine Drehzahl von Null aufweist. Durch eine Veränderung von Drehzahlen an den EM-Anbindungselementen 13a, 14a kann dann die Drehzahl des Getriebeausgangselements 11a verändert werden. Zudem sind die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a zumindest teilweise für eine leistungsneutrale Fahrt vorgesehen, d. h. einer der Elektromotoren EM1a, EM2a läuft in einem Generatorbetrieb und stellt dabei eine Leistung, die von dem anderen der Elektromotoren EM1a, EM2a aufgenommen wird, vollständig bereit. Mittels zumindest eines Teils der EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a ist zudem ein Rückwärtsgetriebegang darstellbar. Die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT5a sind dabei zum Teil insbesondere ohne Drehzahlsprünge und/oder Leistungssprünge schaltbar, was sich positiv auf einen Schaltkomfort auswirkt.
In den 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 durch die Buchstaben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 3 und 4 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden.
Die 3 zeigt ein Getriebeschema eines Hybrid-Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf, insbesondere zur Schaltung von sieben verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen, und fünf leistungsverzweigten EVT-Fahrbereichen vorgesehen ist. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe umfasst ein BKM-Anbindungselement 10b zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine, ein Getriebeausgangselement 11b zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, ein erstes EM-Anbindungselement 13b zur Anbindung eines ersten Elektromotors EM1b und ein zweites EM-Anbindungselement 14b zur Anbindung eines zweiten Elektromotors EM2b. Weiter umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe drei Kupplungseinheiten C1b, C2b, C3b, die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente C11b–C32 aufweisen, und drei Bremseinheiten B1b, B2b, B3b, die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement B11b, B21b, B31b und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement B12b, B22b, B32b aufweisen, sowie eine erste Planetenradstufe P1b, eine zweite Planetenradstufe P2b und eine dritte Planetenradstufe. Zur Verbindung der Planetenradstufen P1b, P2b, P3b untereinander und mit den Kopplungselementen C11b–B32b umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe vier Zwischenwellen 15b, 16b, 17b, 18b. Die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b weisen jeweils ein Sonnenrad P11b, P21b, P31b, ein Hohlrad P13b, P23b, P33b und einen Planetenradträger P12b, P22b, P32b, welche Planetenräder P14b, P24b, P34b in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11b, P21b, P31b führen, auf.
Im Unterschied zu dem vorangegangen Ausführungsbeispiel sind die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b in einer gestapelten Bauweise angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2b ist radial innerhalb der dritten Planetenradstufe P3b angeordnet. Das dritte Sonnenrad P31b umschließt das zweite Hohlrad P23b. Die beiden Planetenradstufen P2b, P3b sind axial in gleicher Höhe angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1b ist auf einer dem BKM-Anbindungselement 10b zugewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet.
Die Kupplungseinheit C1b und die Kupplungseinheit C3b sind auf der dem BKM-Anbindungselement 10b zugewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet. Die Bremseinheit B2b, dessen erstes Kopplungselement B21b direkt drehfest mit dem dritten Hohlrad P33b verbunden ist, ist axial in Höhe der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet. Die beiden Bremseinheiten B1b, B3b und die Kupplungseinheit C2b sind auf einer dem BKM-Anbindungselement 10b abgewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet. Das erste EM-Anbindungselement 13b, das direkt mit dem ersten Hohlrad P13b verbunden ist, ist axial in Höhe der ersten Planetenradstufe P1b angeordnet. Der erste Elektromotor EM1b kann damit auf der dem BKM-Anbindungselement 10b zugewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet werden. Das zweite EM-Anbindungselement 14b, das permanent drehfest mit dem zweiten Sonnenrad P21b verbunden ist, ist auf einer der ersten Planetenradstufe P1b abgewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet. Der zweite Elektromotor EM2b kann damit auf der dem BKM-Anbindungselement 10b abgewandten Seite der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet werden, wobei die beiden Elektromotoren EM1b, EM2b beidseits der Planetenradstufen P2b, P3b angeordnet sind.
3 zeigt ein weiteres Getriebeschema eines zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel kinematisch äquivalent ausgestalteten Hybrid-Mehrstufengetriebe, das drei Planetenradstufen P1c, P2c, P3c aufwiest, die gestapelt angeordnet sind. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf, insbesondere zur Schaltung von sieben verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen, und fünf leistungsverzweigten EVT-Fahrbereichen vorgesehen. Es umfasst ein BKM-Anbindungselement 10c zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine BKM1c, ein Getriebeausgangselement 11c zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, ein erstes EM-Anbindungselement 13c zur Anbindung eines ersten Elektromotors EM1c und ein zweites EM-Anbindungselement 14c zur Anbindung eines zweiten Elektromotors EM2c.
Weiter umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe drei Kupplungseinheiten C1c, C2c, C3c, die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente C11c–C32c aufweisen, und drei Bremseinheiten B1c, B2c, B3c, die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement B11c, B21c, B31c und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement B12c, B22c, B32c aufweisen. Zur Verbindung der Planetenradstufen P1c, P2c, P3c untereinander und mit den Kopplungselementen C11c–B32c umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe vier Zwischenwellen 15c, 16c, 17c, 18c. Die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b weisen jeweils ein Sonnenrad P11c, P21c, P31c, ein Hohlrad P13c, P23c, P33c und einen Planetenradträger P12c, P22c, P32, welche Planetenräder P14c, P24c, P34c in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11c, P21c, P31c führen, auf.
Im Unterschied zu dem vorangegangen Ausführungsbeispiel ist die Planetenradstufe P1c auf einer dem BKM-Anbindungselement 10c abgewandten Seite der Planetenradstufen P2c, P3c angeordnet. Für die EM-Anbindungselemente 13bc, 14c, die Kupplungseinheiten C1c, C2c, C3c und die Bremseinheiten B1c, B2c, B3c ergibt sich damit, verglichen mit dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, eine gespiegelte Anordnung. Kinematisch sind sämtliche Ausführungsbeispiele gleichwertig.
Bezugszeichenliste

10: BKM-Anbindungselement
11: Getriebeausgangselement
12: Getriebegehäuse
13: EM-Anbindungselement
14: EM-Anbindungselement
15: Zwischenwelle
16: Zwischenwelle
17: Zwischenwelle
18: Zwischenwelle
P1: Planetenradstufe
P11: Sonnenrad
P12: Planetenradträger
P13: Hohlrad
P14: Planetenrad
P2: Planetenradstufe
P21: Sonnenrad
P22: Planetenradträger
P23: Hohlrad
P24: Planetenrad
P3: Planetenradstufe
P31: Sonnenrad
P32: Planetenradträger
P33: Hohlrad
P34: Planetenrad
C1: Kupplungseinheit
C11: Kopplungselement
C12: Kopplungselement
C2: Kupplungseinheit
C21: Kopplungselement
C22: Kopplungselement
C3: Kupplungseinheit
C31: Kopplungselement
C32: Kopplungselement
B1: Bremseinheit
B11: Kopplungselement
B12: Kopplungselement
B2: Bremseinheit
B21: Kopplungselement
B22: Kopplungselement
B3: Bremseinheit
B31: Kopplungselement
B32: Kopplungselement
BKM1: Brennkraftmaschine
EM1: Elektromotor
EM2: Elektromotor
E1, E2: Vorwärtsgetriebegang
V0–V5, V1/2: Vorwärtsgetriebegang
R1: Rückwärtsgetriebegang
EVT1–EVT5: EVA-Fahrbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/077097 A1 [0002]

Claims

Hybrid-Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen (V1a–V5a), zumindest zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen (E1a, E2a) und zumindest fünf EVT-Fahrbereichen (EVT1a–EVT5a) vorgesehen ist, mit einem BKM-Anbindungselement (10a; 10b; 10c) zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine (BKM1a; BKM1b; BKM1c), mit einem Getriebeausgangselement (11a; 11b; 11c) zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, mit zumindest einem EM-Anbindungselement (13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c) zur Anbindung zumindest eines Elektromotors (EM1a, EM2a; EM1b, EM2b; EM1c, EM2c), mit zumindest drei Planetenradstufen (P1a, P2a, P3a; P1b, P2b, P3b; P1c, P2c, P3c), die wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, sowie mit zumindest drei Kupplungseinheiten (C1a, C2a, C3a; C1b, C2b, C3b; C1c, C2c, C3c), die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente (C11a–C32a; C11b–C32b; C11c–C32c), und zumindest zwei Bremseinheiten (B1a, B2a; B1b, B2b; B1c, B2c), die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement (B11a–B22a; B11b–B22b; B11c-B22c) aufweisen.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Sonnenrad (P11a; P11b; P11c) und einen zweiten Planetenradträger (P22a; P22b; P22c), die permanent drehfest mit dem BKM-Anbindungselement (10a; 10b; 10c) verbunden sind.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen ersten Planetenradträger (P12a; P12b; P12c) und ein zweites Hohlrad (P23a; P23b; P23c), die permanent drehfest mit einem der Kopplungselemente (C12a; C11b; C11c) verbunden sind.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes Hohlrad (P13a; P13b; P13c), das permanent drehfest mit einem der Kopplungselemente (C32a; C31b; C31c) verbunden ist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites Sonnenrad (P21a; P21b; P21c), das permanent drehfest mit zwei der Kopplungselemente (C22a, B11a; C21b, B11b; C21c, B11c) verbunden ist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein drittes Sonnenrad (P31a; P31b; P31c), das permanent drehfest mit zumindest zwei der Kopplungselemente (C11a, C21a; C12b, C22b; C12c, C22c) verbunden ist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein dritten Planetenradträger (P32a; P32b; P32c), der permanent drehfest mit dem Getriebeausgangselement (11a; 11b; 11c) verbunden ist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein drittes Hohlrad (P33a; P33b; P33c), das permanent drehfest mit zwei der Kopplungselemente (C31a, B21a; C32b, B21b; C32c, B21c) verbunden ist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe zumindest nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kupplungseinheiten (C1a; C1b; C1c) dazu vorgesehen ist, das permanent drehfest mit dem ersten Planetenradträger (P12a; P12b; P12c) verbundene Kopplungselement (C12a; C22b; C22c) und eines der permanent drehfest mit dem dritten Sonnenrad (P31a; P31b; P31c) verbunden Kopplungselemente (C11a; C22b; C22c) drehfest miteinander zu verbinden.
Hybrid-Mehrstufengetriebe zumindest nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kupplungseinheiten (C2a; C2b; C2c) dazu vorgesehen ist, eines der permanent drehfest mit dem dritten Sonnenrad (P31a; P31b; P31c) verbundenen Kopplungselemente (C21a; C22b; C22c) und eines der permanent drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (P21a; P21b; P21c) verbundenen Kopplungselemente (C22c; C21b; C21c) drehfest miteinander zu verbinden.
Hybrid-Mehrstufengetriebe zumindest nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kupplungseinheiten (C3a; C3b; C3c) dazu vorgesehen ist, das permanent drehfest mit dem ersten Hohlrad (P13a; P13b; P13c) verbundene Kopplungselemente (C32a; C31b; C31c) und eines der permanent drehfest mit dem dritten Hohlrad (P33a; P33b; P33c) verbundenen Kopplungselemente (C31a; C32b; C32c) drehfest miteinander zu verbinden.
Hybrid-Mehrstufengetriebe zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bremseinheiten (B1a; B1b; B1c) dazu vorgesehen ist, eines der permanent drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (P21a; P21b; P21c) verbundenen Kopplungselemente (B11a; B11b; B11c) drehfest mit einem Getriebegehäuse (12a; 12b; 12c) zu verbinden.
Hybrid-Mehrstufengetriebe zumindest nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Bremseinheiten (B2a; B2b; B2c) dazu vorgesehen ist, eines der permanent drehfest mit dem dritten Hohlrad (P31a; P31b; P31c) verbundenen Kopplungselemente (B21a; B21b; B21c) drehfest mit einem Getriebegehäuse (12a; 12b; 12c) zu verbinden.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüchen gekennzeichnet durch eine weitere Bremseinheit (B3a; B3b; B3c), die ein drehbar gelagertes Kopplungselement (B31a; B31b; B31c), das permanent drehfest mit dem dritten Sonnenrad (P31a; P31b; P31c) verbunden ist, zur drehfesten Verbindung mit einem Getriebegehäuse (12a; 12b; 12c) aufweist.
Hybrid-Mehrstufengetriebe nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine EM-Anbindungselement (13a, 14a; 13b, 14b; 13c, 14c) permanent drehfest mit dem ersten Hohlrad (P13a; P13b; P13c) oder permanent drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (P21a; P21b; P21c) verbunden ist.