DE102013214950A1

DE102013214950A1 - Drehmomentüberlagerungseinrichtung für Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102013214950A1
Application number: DE201310214950
Authority: DE
Inventors: Robert Huber; Bernhard Hoess; Sebastian Pflaum
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zur Verwendung in einem Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung umfasst, und mittels der Drehmomentüberlagerungseinrichtung ein Drehmoment des Verbrennungsmotors mit einem Drehmoment des Elektromotors überlagerbar sind und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung ausgangsseitig mit einem Abtrieb des Fahrzeugs verbunden ist, und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Drehmomenteingang und einen Drehmomentausgang sowie eine erste Übersetzungseinrichtung und eine zweite Übersetzungseinrichtung aufweist, und der Elektromotor mit dem ersten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar ist und der Verbrennungsmotor mit dem zweiten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar ist, wobei der erste Drehmomenteingang mit der ersten Übersetzungseinrichtung und der zweite Drehmomenteingang mit der zweiten Übersetzungseinrichtung drehmomentfest verbunden ist, und die Übersetzungseinrichtungen jeweils abtriebsseitig mit dem Drehmomentausgang der Drehmomentüberlagerungseinrichtung drehmomentfest gekoppelt sind, wobei die erste Übersetzungseinrichtung mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen umfasst und die zweite Übersetzungseinrichtung mindestens eine alternativ anwählbare Übersetzungsstufe umfasst, wobei die erste Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen wenigstens einen Planetenradsatz umfasst, und die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der wenigstens einen anwählbaren Übersetzungsstufe wenigstens einen Stirnradsatz umfasst. Um eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zu schaffen, die den Nachteilen des Standes der Technik besser Rechnung trägt und die insbesondere einen Betrieb sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors in ihrem jeweils optimalen Betriebspunkt ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung der zweiten Übersetzungseinrichtung mit dem Planetenradsatz eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung auf dem Planetenradsatz angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung für einen Hybridantrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Der Hybridantrieb ist insbesondere für die Verwendung in einem Personenkraftwagen geeignet.
Ein Hybridantrieb mit einer Drehmomentüberlagerungseinrichtung in der DE 10 2010 063 092 A1 beschrieben, die eine erste, dem Elektromotor zugeordnete Übersetzungseinrichtung und eine zweite, dem Verbrennungsmotor zugeordnete Übersetzungseinrichtung umfasst. Jede Übersetzungseinrichtung umfasst mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen. Die Momente des Elektromotors und des Verbrennungsmotors werden nach den beiden Übersetzungseinrichtungen abtriebsseitig summiert und über den Drehmomentausgang der Drehmomentüberlagerungseinrichtung dem Differential des Fahrzeugs zugeführt. Im Rekuperationsfall verläuft der Momentenfluss mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Topologie ermöglicht, dass die Antriebsaggregate getrennt voneinander geschaltet werden können. Allerdings ist diese Topologie insbesondere bei Anforderung von Summenleistungen während der jeweiligen Schaltvorgänge mit Blick auf die Zugkraft bzw. Zugkraftentfaltung bzw. Zugkraftkontinuität noch nicht optimal. Zudem ist diese Topologie bauraumseitig aufwändig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zu schaffen, die den oben beschriebenen Nachteilen besser Rechnung trägt. Insbesondere soll eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung geschaffen werden, die einen Betrieb sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors in ihrem jeweils optimalen Betriebspunkt ermöglicht.
Ferner soll die Drehmomentüberlagerungseinrichtung so ausgestartet sein, dass die aus dem Stand bekannten leistungsseitigen bzw. energetischen Nachteile behoben sind, insbesondere unnötige energetische Verluste vermieden werden. Außerdem soll die Drehmomentübertragungseinrichtung hinsichtlich des benötigten Bauraums optimiert sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Drehmomentüberlagerungseinrichtung dient vor allem zur Verwendung in einem Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen. Sie hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem rein elektrischen Betrieb praktisch der gesamte Verbrennungsmotor-Antriebsstrang, d. h. das zweite Teilgetriebe, abgekoppelt werden kann. Hierdurch ergeben sich im Verbrennungsmotor-Betrieb minimale Verluste des Getriebes. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektromotor axial versetzt zur Kurbelwellenachse des Verbrennungsmotors angeordnet werden, was zu größeren Freiheiten in der Konstruktion und zu einem kompakteren Aufbau führt.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Übersetzungseinrichtung eine Welle auf, die fest mit einem Stirnrad eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes verbunden, dessen Losrad mittels der Schaltkupplung drehmomentfest mit einem Ausläufer des Hohlrades des Planetenradsatzes verbindbar ist.
Beide Übersetzungseinrichtungen umfassen vorteilhafterweise jeweils mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen wenigstens zwei Stirnradsätze.
Bevorzugt umfasst die erste Übersetzungseinrichtung genau einen Planetenradsatz, wobei vorzugsweise genau zwei Übersetzungsstufen alternativ anwählbar sind.
Der Planetenradsatz ist zur Anwahl der Übersetzungsstufen zweckmäßig mit mindestens einer lastschaltfähigen Reibbremse und/oder Reibkupplung ausgeführt.
Vorteilhafterweise ist der Planetenradsatz zur Darstellung einer der Übersetzungsstufen der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen verblockbar.
Zur Darstellung einer weiteren Übersetzungsstufe der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen ist der Elektromotor bevorzugt mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes drehmomentfest koppelbar, wobei eine Sonne des Planetenradsatzes ortsfest, vorzugsweise mittels der lastschaltfähigen Reibbremse mit einem Gehäuse der Drehmomentüberlagerungseinrichtung, koppelbar ist und ein Planetenträger des Planetenradsatzes mit dem Drehmomentausgang drehmomentfest gekoppelt ist.
Die erste Übersetzungseinrichtung zur Anwählbarkeit des wenigstens einen, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes umfasst gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung.
Die wenigstens eine Schaltkupplung ist bevorzugt mit einem Synchronisierelement ausgeführt.
Zwischen dem Elektromotor und dem Planetenradsatz ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine feste Übersetzung angeordnet, vorzugsweise ein Stirnradsatz mit einem ersten, dem Elektromotor zugewandten Stirnrad und einem zweiten, dem Planetenradsatz zugewandten Stirnrad.
Bevorzugt ist auch die Schaltkupplung mit einem Synchronisierelement ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe einen dritten Stirnradsatz. Durch die Anordnung weiterer oder auch weniger Stirnradstufen kann auf einfache Weise eine Erweiterung oder Reduzierung der Ganganzahl vorgenommen und so der jeweiligen Fahrzeugklasse angepasst werden. Durch eine Erweiterung der Ganganzahl kann ein mehr verbrennungsmotorischer Fahrzeugcharakter, durch eine Verringerung der Ganganzahl ein mehr elektromotorischer Fahrzeugcharakter realisiert werden.
Die zweite Übersetzungseinrichtung zur Anwählbarkeit des dritten, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes umfasst ebenfalls eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die lastschaltbare Reibbremse auch als anfahrfähige Bremse ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (VM) und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors (VM) angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass ein serieller Betrieb über den Verbrennungsmotor und den Generator bei geöffneter Kupplung dargestellt werden kann. Hierdurch lassen sich Kriechfahrten und Elektrisch-Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich auch bei SOCmin durchführen. Insbesondere ist elektrisches Anfahren, Rangieren und Rückwärtsfahren jederzeit auch bei leerem Hochvolt-Speicher ohne das Vorsehen weiterer Maßnahme möglich. Liegen- bzw. Stehenbleiben lässt sich so vermeiden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung,
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung, und
3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung.
In der Figur sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente und Bauteile dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist rein instruktiv zu verstehen und soll einem besseren Verständnis, aber nicht zu einer Einschränkung des Erfindungsgegenstandes dienen.
In 1 ist ein erfindungsgemäß ausgeführter Hybridantrieb 1 zur Verwendung in einem Personenkraftfahrzeug dargestellt. Der Hybridantrieb 1 umfasst einen Verbrennungsmotor VM, einen Elektromotor EM sowie eine als Getriebe 2 erfindungsgemäß ausgeführte Drehmomentüberlagerungseinrichtung. Das Getriebe 2 umfasst einen ersten Drehmomenteingang 3 und einen zweiten Drehmomenteingang 4 sowie einen Drehmomentausgang 5.
Der Elektromotor EM ist mit dem ersten Drehmomenteingang 3 drehmomentfest gekoppelt, wobei die drehmomentfeste Kopplung hier mittels einer ersten Welle 6 erfolgt. Die erste Welle 6 ist hierzu drehmomentfest mit der Rotorwelle (in 1 nicht dargestellt) des Elektromotors EM gekoppelt. Entsprechende Kopplungen und/oder Koppelelemente zur Kopplung zweier Wellen sind im Stand der Technik bekannt.
Der Verbrennungsmotor VM bzw. dessen Zweimassenschwungrad ZMS ist mit dem zweiten Drehmomenteingang 4 drehmomentfest gekoppelt, wobei die Kopplung hier mittels einer zweiten Welle 7 erfolgt. Die zweite Welle 7 ist hierzu mit der Kurbelwelle (in 1 nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors VM gekoppelt. Entsprechende Kopplungen und/oder Koppelelemente zur Kopplung zweier Wellen sind im Stand der Technik bekannt.
Der Drehmomentausgang 5 des Getriebes 2 ist mit einem Eingangsstirnrad 8 eines Stirnraddifferentials D des Abtriebs 9 des Fahrzeugs drehmomentfest gekoppelt, wobei die Kopplung hier mittels eines Festsitzes des Eingangsstirnrads 8 erfolgt. Der Abtrieb umfasst des Werteren die Abtriebswelle 10 sowie die Räder 11a und 11b. Hierbei ist sowohl ein Frontantrieb als auch im Grundsatz ein Heck- oder auch Allradantrieb als Anwendung des erfindungsgemäßen Hybridantriebs möglich. In 1 dargestellt ist ein Frontantrieb.
Das erfindungsgemäß ausgeführte Getriebe 2 umfasst eine erste Übersetzungseinrichtung, die hier als erstes Teilgetriebe 12 ausgeführt ist, und eine zweite Übersetzungseinrichtung, die hier als zweites Teilgetriebe 13 ausgeführt ist.
Die erste Welle 6 ist hier als Bestandteil des ersten Teilgetriebes 12 ausgeführt, die zweite Welle 7 als Bestandteil des zweiten Teilgetriebes 13. Somit sind die beiden Teilgetriebe 12, 13 über die jeweiligen Drehmomenteingänge 3 und 4 mit den jeweiligen Antriebsaggregaten EM und VM gekoppelt.
Das erste Teilgetriebe 12 umfasst eine feste Übersetzung, die hier als Stirnradsatz 14 ausgebildet ist, sowie genau einen Planetenradsatz 15.
Der als feste Übersetzung ausgebildete Stirnradsatz 14 umfasst ein erstes, dem Elektromotor EM zugewandtes Stirnrad 16 sowie ein zweites, dem Planetenradsatz 15 zugewandtes Stirnrad 17.
Das erste Stirnrad 16 des als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes 14 ist auf dem dem Drehmomenteingang 3 abgewandten Ende der Welle 6 auf dieser Welle 6 mittels Festsitz angeordnet.
Das zweite Stirnrad 17 des als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes 14 ist mittels Festsitz auf dem Hohlrad 20 des Planetenradsatzes 15 angeordnet.
Der genau eine Planetenradsatz 15 umfasst das Hohlrad 20, die Planeten 21, den Planetenträger 22 und die Sonne 23. Die Sonne 23 ist mittels der lastschaltfähigen Reibbremse 24 mit einem (in 1 nicht dargestellten) Gehäuse des Getriebes 2 ortsfest verbremsbar.
Wird die Sonne 23 mittels der Reibbremse 24 ortsfest verbremst, so laufen Hohlrad 20 und Planeten 21 mit gekoppeltem Planetenträger 22 auf der feststehenden Sonne 23 ab, wodurch ein von dem Elektromotor EM über den als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatz 14 mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen Hohlrad 20 und Planeten 21 bzw. Planetenträger 22 drehzahl- und drehmomentübersetzt wird und über den Planetenträger 22 auf die Ausgangswelle 25 übertragen wird. Durch Verbremsung der Sonne 23 ist somit ein erster Gang EM1 als eine Übersetzungsstufe des ersten Teilgetriebes 12 darstellbar.
Der zweite Gang EM2 als zweite Übersetzungsstufe des ersten Teilgetriebes 12 ist durch Verblockung des Planetenradsatzes 15 darstellbar. Hierzu wird die Kupplung 26 zwischen Hohlrad 20 und Planetenträger 22 geschlossen, wodurch der gesamte Planetenradsatz 15 verblockt ist und als Ganzes umläuft. Das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes 15 ist somit 1. Ein von dem Elektromotor EM über den als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatz 14 mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment wird mit dem Übersetzungsverhältnis von 1 drehzahl- und drehmomentübersetzt und über den Planetenträger 22 auf die Ausgangswelle 25 übertragen.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbespiel sind somit genau zwei Gänge als zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen des ersten Teilgetriebes 12 darstellbar.
Die Schaltübergänge von erstem zu zweitem Gang des ersten Teilgetriebes 12 und umgekehrt können durch Schließen bzw. Öffnen der Kupplung 26 bei gleichzeitigem Öffnen bzw. Verbremsen der Reibbremse 24 unter Last und somit ohne Zugkrafteinbruch dargestellt werden.
Sind sowohl die Kupplung 26 als auch die Reibbremse 24 offen, so liegt keine Momentenkopplung zur Ausgangswelle 25 vor. Dieser Betriebszustand ist für die Funktion „Standladen” mit Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor VM zu dem in diesem Betriebszustand generatorisch betriebenen Elektromotor EM bei stehendem Fahrzeug von Interesse.
Die Ausgangswelle 25 ist auf der dem Planetenradsatz 15 abgewandten Seite als Drehmomentausgang 5 des Getriebes 2 ausgebildet.
Das zweite Teilgetriebe 13 umfasst zur Darstellung einer ersten und einer zweiten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe zwei Stirnradsätze 27 und 28. Die Stirnradsätze sind als im Stand der Technik bekannte Losrad-/Festrad-Kombination ausgeführt, wobei die auf der Ausgangswelle 25 angeordneten Losräder der Stirnradsätze 27 und 28 mittels einer zweiseitig wirkenden, axial auf der Ausgangswelle 25 verschiebbaren Klauenkupplung 29 alternativ zuschaltbar sind. Die Klauenkupplung 29 ist aus zwei Teilklauenkupplungen aufgebaut, die beide als formschlüssige Schaltkupplungen ausgeführt sind. Ferner weisen die beiden Teilklauenkupplungen jeweils zusätzlich ein Synchronisierelement auf, hier jeweils ein Einfach-Synchro (in 1 nicht dargestellt).
Durch formschlüssiges Eingreifen der Klauenkupplung 29 in das Losrad des Stirnradsatzes 27 wird ein drehmomentfester Formschluss zwischen der zweiten Welle 7 und dem Stirnradsatz 27 hergestellt. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Stirnradsatzes 27 wird ein vom Verbrennungsmotor VM mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment drehzahl- und drehmomentübersetzt und über das Festrad des Stirnradsatzes 27 auf die Ausgangswelle 25 und von dort auf das Stirnraddifferential D übertragen.
Für den Stirnradsatz 28 gilt das gleiche Wirkprinzip.
Die Übersetzungsstufe mit dem Stirnradsatz 28 ist hier als dritter Gang VM3 des zweiten Teilgetriebes 13, die Übersetzungsstufe mit dem Stirnradsatz 27 als vierter Gang VM4 des zweiten Teilgetriebes 13 ausgeführt.
Zur Darstellung des ersten Gangs VM1 und des zweiten Gangs VM2 als zwei weitere alternativ anwählbare Übersetzungsstufen des zweiten Teilgetriebes 13 ist die zweite Welle 7 fest mit einem Stirnrad 31 eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes 32 verbunden, dessen Losrad 33 mittels einer formschlüssigen Klauenkupplung 30 alternativ zu den Gängen VM3 und VM4 drehmomentfest mit einem Ausläufer 19 des Hohlrades 20 des Planetenradsatzes 15 verbindbar ist. Im Falle der formschlüssig mit dem Stirnradsatz 32 verbundenen Klauenkupplung 30 wird ein von dem Verbrennungsmotor VM geliefertes Drehmoment von der zweiten Welle 7 über den Stirnradsatz 32 auf den Planetenradsatz 15 übertragen. Je nach Schaltzustand des Planetenradsatzes 15 wird das Drehmoment entsprechend dem Übersetzungsverhältnis VM1 = EM1 oder VM2 = EM2 auf die Ausgangswelle 25 und von dort auf das Differential D und den Abtrieb 9 übertragen
Die Klauenkupplung 30 ist hier mit Einfach-Synchro ausgestattet.
VM1 ist hier als kurzer Anfahrgang ausgeführt. Eine unmittelbar nach dem Verbrennungsmotor VM angeordnete anfahrfähige Kupplung 34 ist in 1 dargestellt. Die Ausführung und Anordnung einer solchen anfahrfähigen Kupplung 34 ist dem Fachmann geläufig. VM2 ist hier als fahrleistungsseitiger Zwischengang zur Darstellung von Hochlast- oder Volllastmanövern mit Summenleistung der Aggregate ausgeführt. VM3 ist hier als vmax-Gang ausgeführt, VM4 als Effizienzgang.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgeführten Hybridantriebs 1 zur Verwendung in einem Personenkraftfahrzeug dargestellt. Dabei umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung 13 zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe VM5 einen dritten Stirnradsatz 35, der über eine form- und/oder reibschlüssige Klauenkupplung 36 zu- bzw. abgeschaltet werden kann.
Durch die Anordnung weiterer oder auch weniger Stirnradstufen kann auf einfache Weise eine Erweiterung oder Reduzierung der Ganganzahl vorgenommen und so der jeweiligen Fahrzeugklasse angepasst werden. Durch eine Erweiterung der Ganganzahl kann ein mehr verbrennungsmotorischer Fahrzeugcharakter, durch eine Verringerung der Ganganzahl ein mehr elektromotorischer Fahrzeugcharakter realisiert werden. Die minimale Anzahl der Stirnradsätze beträgt eins, während es nach oben keine Limitierung gibt. Bevorzugt sind 2 bis 6 Stirnradsätze (entsprechend 4 bis 8 Verbrennungsmotor-Gängen), besonders bevorzugt 2 bis 4 Stirnradsätze (entsprechend 4 bis 6 Verbrennungsmotor-Gängen) vorhanden.
In 3 ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt. Dabei ist die Kupplung 34 zwischen Verbrennungsmotor VM, bevorzugt zwischen dem Zweimassenschwungrad ZMS und der Welle 7 als nicht anfahrfähige Kupplung ausgebildet, während die Reibbremse 24 als anfahrfähige Bremse ausgelegt ist. Somit kann bei entsprechend kurz ausgelegtem ersten Gang auch verbrennungsmotorisch angefahren werden, indem die anfahrfähige Bremse des Planetenradsatzes 15 als Anfahrkupplung dient.
Im Vergleich zu einer Kupplung 34, die zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der Welle 7 angeordnet ist, lässt sich durch diese Ausbildung der Reibbremse 24 als anfahrfähige Bremse der Übergang aus einem Standladebetrieb in einen Fahrbetrieb mit verbrennungsmotorischem Anfahren sehr einfach und ohne Zeitverzögerung regeln. Beim Standladebetrieb (im stehenden Zustand des Fahrzeugs) ist der Kraftfluss zwischen der Welle 7 und dem Stirnradsatz 32 der festen Übersetzung geschlossen, die Kupplung 26 und die Reibbremse 24 des Planetenradsatzes 15 jedoch geöffnet, so dass kein Moment auf die Ausgangswelle 25 in Richtung Drehmomentausgang 5 durchgeleitet wird. Das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors VM wird nur dem Elektromotor EM zugeführt, wodurch im Standbetrieb des Fahrzeugs elektrische Energie generiert wird (Standladen).
Durch ein einfaches Schließen der als anfahrfähige Bremse ausgebildeten Reibbremse 24 wird der Gang EM1 des Planetenradsatzes 15 eingelegt und der Kraftschluss erfolgt vom Verbrennungsmotor VM kommend hin zum Drehmomentausgang 5, d. h. das Anfahren des Fahrzeugs ist somit allein über den Verbrennungsmotor VM durch Schließen der anfahrfähigen Bremse des Planetenradsatzes 15 möglich. Der Übergang aus dem Standladebetrieb in einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs erfolgt somit ohne jegliche Zeitverzögerung. Würde ein solcher Übergang aus dem Standladebetrieb in ein Anfahrbetrieb mittels der Kupplung 34 zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem zweiten Teilgetriebe 13 (wie in 1 gezeigt) erfolgen, müsste zuerst der Standladebetrieb, d. h. die Last des Verbrennungsmotors VM heruntergefahren, die im Standladebetrieb geschlossene Kupplung 34 geöffnet, die Reibbremse 24 des Planetenradsatzes 15 geschlossen, die Kupplung 34 teilweise (bis zum Kiss-Point der Kupplung) geschlossen, die Last des Verbrennungsmotors VM hochgefahren und abschließend die Kupplung 34 vollständig geschlossen werden. Insgesamt wäre dies ein regelungstechnisch komplizierter Ablauf, der auch zu einer Zeitverzögerung des Anfahrvorgangs aus dem Standladebetrieb führen würde.
Im ABS-Bremsfall kann die jetzt als nicht anfahrfähige Kupplung ausgebildete Kupplung 34 zwischen Verbrennungsmotor VM und dem zweiten Teilgetriebe 13 auch weiterhin unter Last geöffnet werden, wodurch ein Verspannen des zweiten Teilgetriebes 13 verhindert werden kann. Ein ”Abwürgen” des Verbrennungsmotors VM kann so verhindert werden.
Das zweite Teilgetriebe 13 lässt sich auch weiterhin über ein Öffnen der Reibbremse 24 und der Kupplung 26 des Planetenradsatzes 15 kraftfrei schalten, so dass der komplette Antriebsstrang kraftfrei bleibt.
Weiterhin kann ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors VM angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein serieller Betrieb über den Verbrennungsmotor VM und den Generator bei geöffneter Kupplung 34 dargestellt werden kann. Hierdurch lassen sich Kriechfahrten und Elektrisch-Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich auch bei SOCmin durchführen. Insbesondere ist elektrisches Anfahren, Rangieren und Rückwärtsfahren jederzeit auch bei leerem Hochvolt-Speicher ohne das Vorsehen weiterer Maßnahme möglich. Liegen- bzw. Stehenbleiben lässt sich so vermeiden.
Der in den Figuren ausgeführte Hybridantrieb 1 baut sehr kompakt. Die Antriebsaggregate VM und EM können hinsichtlich der Gänge VM3 und VM4 ggf. VM5 sowie EM1 und EM2 individuell aggregatespezifisch angesteuert werden, wodurch hohe Fahrdynamik bei hoher Effizienz erzielt wird. Aufgrund des sehr kompakten Aufbaus des Getriebes 2 mit wenigen Zahneingriffen in den jeweiligen Momentenpfaden ergibt sich ein extrem guter Wirkungsgrad des Getriebes 2 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben. Zudem lassen sich die Schaltübergänge zwischen EM1 und EM2 (und ebenso VM1 und VM2) zugkraftunterbrechungsfrei realisieren. Schaltübergänge zwischen VM2 zu VM3 und VM4 erfolgen gestützt über den Elektromotor EM und somit mit hinreichend guter Schaltqualität.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantrieb
2: Getriebe
3: erster Drehmomenteingang
4: zweiter Drehmomenteingang
5: Drehmomentausgang
6: erste Welle
7: zweite Welle
8: Eingangsstirnrad
9: Abtrieb
10: Abtriebswelle
11a: Räder
11b: Räder
12: erstes Teilgetriebe
13: zweites Teilgetriebe
14: Stirnradsatz
15: Planetenradsatz
16: erstes Stirnrad
17: zweites Stirnrad
19: Ausläufer
20: Hohlrad
21: Planeten
22: Planetenträger
23: Sonne
24: Reibbremse
25: Ausgangswelle
26: Reibkupplung
27: Stirnradsatz
28: Stirnradsatz
29: Klauenkupplung
30: Klauenkupplung
31: Stirnrad
32: Stirnradsatz
33: Losrad
34: Kupplung
35: Stirnradsatz
36: Klauenkupplung
D: Stirnraddifferential
EM: Elektromotor
EM1: erster Gang
EM2: zweiter Gang
VM: Verbrennungsmotor
VM1: erster Gang
VM2: zweiter Gang
VM3: dritter Gang
VM4: vierter Gang
VM5: fünfter Gang
ZMS: Zweimassenschwungrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010063092 A1 [0002]

Claims

Drehmomentüberlagerungseinrichtung zur Verwendung in einem Hybridantrieb (1) für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen, wobei der Hybridantrieb (1) einen Verbrennungsmotor (VM), einen Elektromotor (EM) und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung umfasst, und mittels der Drehmomentüberlagerungseinrichtung ein Drehmoment des Verbrennungsmotors (VM) mit einem Drehmoment des Elektromotors (EM) überlagerbar sind und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung ausgangsseitig mit einem Abtrieb (9) des Fahrzeugs verbunden ist, die Drehmomentüberlagerungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Drehmomenteingang (3, 4) und einen Drehmomentausgang (5) sowie eine erste Übersetzungseinrichtung (12) und eine zweite Übersetzungseinrichtung (13) aufweist, und der Elektromotor (EM) mit dem ersten Drehmomenteingang (3) drehmomentfest koppelbar ist und der Verbrennungsmotor (VM) mit dem zweiten Drehmomenteingang (4) drehmomentfest koppelbar ist, wobei der erste Drehmomenteingang (3) mit der ersten Übersetzungseinrichtung (12) und der zweite Drehmomenteingang (4) mit der zweiten Übersetzungseinrichtung (13) drehmomentfest verbunden ist, und die Übersetzungseinrichtungen (12, 13) jeweils abtriebsseitig mit dem Drehmomentausgang (5) der Drehmomentüberlagerungseinrichtung drehmomentfest gekoppelt sind, wobei die erste Übersetzungseinrichtung (12) mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen (EM1, EM2) umfasst und die zweite Übersetzungseinrichtung (13) mindestens eine alternativ anwählbare Übersetzungsstufe (VM3, VM4) umfasst, wobei die erste Übersetzungseinrichtung (12) zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) wenigstens einen Planetenradsatz (15) umfasst, und die zweite Übersetzungseinrichtung (13) zur Darstellung der wenigstens einen anwählbaren Übersetzungsstufe (VM3, VM4) wenigstens einen Stirnradsatz (27, 28) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung der zweiten Übersetzungseinrichtung (13) mit dem Planetenradsatz (15) eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (30) auf dem Planetenradsatz (15) angeordnet ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Übersetzungseinrichtung (13) eine Welle (7) aufweist, die fest mit einem Stirnrad A eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stimradsatzes B verbunden ist, dessen Losrad mittels der Schaltkupplung (30) drehmomentfest mit einem Ausläufer (19) des Hohlrades (20) des Planetenradsatzes (15) verbindbar ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Übersetzungseinrichtungen (12, 13) jeweils mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen (EM1, EM2, VM3, VM4) umfassen.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (13) zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (VM3, VM4) wenigstens zwei Stirnradsätze (27, 28) umfasst.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungseinrichtung (12) genau einen Planetenradsatz (15) umfasst, wobei vorzugsweise genau zwei Übersetzungsstufen (EM1, EM2) alternativ anwählbar sind.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (15) zur Anwahl der Übersetzungsstufen (EM1, EM2) zweckmäßig mit mindestens einer lastschaltfähigen Reibbremse (24) und/oder Reibkupplung (26) ausgeführt ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (15) zur Darstellung einer der Übersetzungsstufen (EM2) der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) verblockbar ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung einer weiteren Übersetzungsstufe (EM1) der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) der Elektromotor (EM) mit einem Hohlrad (20) des Planetenradsatzes (15) drehmomentfest koppelbar ist, eine Sonne (23) des Planetenradsatzes (15) ortsfest, vorzugsweise mittels der lastschaltfähigen Reibbremse (24) mit einem Gehäuse der Drehmomentüberlagerungseinrichtung, koppelbar ist und ein Planetenträger (22) des Planetenradsatzes (15) mit dem Drehmomentausgang (5) drehmomentfest gekoppelt ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungseinrichtung (12) zur Anwählbarkeit des wenigstens einen, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes (27, 28) wenigstens eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (29) umfasst.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkupplung (29) mit einem Synchronisierelement ausgeführt ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromotor (EM) und dem Planetenradsatz (15) eine feste Übersetzung angeordnet ist, vorzugsweise ein Stirnradsatz (14) mit einem ersten, dem Elektromotor (EM) zugewandten Stirnrad und einem zweiten, dem Planetenradsatz (15) zugewandten Stirnrad.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (30) mit einem Synchronisierelement ausgeführt ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (13) zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe (VM5) einen dritten Stirnradsatz (35) umfasst.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 13 einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (13) zur Anwählbarkeit des dritten, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes (35) eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (36) umfasst.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lastschaltbare Reibbremse (24) als anfahrfähige Bremse ausgebildet ist.
Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (VM) und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors (VM) angeordnet ist.