DE102013221911A1

DE102013221911A1 - Getriebe-Motor-Anordnung

Info

Publication number: DE102013221911A1
Application number: DE201310221911
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Haas; Oswald Friedmann; Martin Vornehm
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2014-05-15
Also published as: CN103818231A; CN103818231B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Motor-Anordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Getriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einem Getriebeausgang, wobei eine erste Antriebseinheit mit einer ersten Getriebeeingangswelle über eine erste Kupplung und eine zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Getriebeeingangswelle über eine zweite Kupplung verbindbar sind, und wobei die erste Getriebeeingangswelle einem ersten Teilgetriebe und die zweite Getriebeeingangswelle einem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste und die zweite Antriebseinheit als Verbrennungsmotoren beziehungsweise Verbrennungsmaschinen ausgeführt sind, die mit mindestens einer Elektromaschine kombiniert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebe-Motor-Anordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Getriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einem Getriebeausgang, wobei eine erste Antriebseinheit mit einer ersten Getriebeeingangswelle über eine erste Kupplung und eine zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Getriebeeingangswelle über eine zweite Kupplung verbindbar sind, und wobei die erste Getriebeeingangswelle einem ersten Teilgetriebe und die zweite Getriebeeingangswelle einem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 022 751 A1 ist eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer gemeinsamen Getriebeausgangswelle bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 025 454 A1 ist ein Fahrzeugantrieb mit einer Getriebemotoranordnung mit zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten bekannt, wobei jeweils eine der Antriebseinheiten mit einer der Getriebeeinheiten einen Teilantriebsstrang bildet, und wobei zwischen den Antriebseinheiten und den Getriebeeinheiten innerhalb der Teilantriebsstränge jeweils eine Kupplungseinrichtung angeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 049 931 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt, der ein automatisiertes Schaltgetriebe, eine Kupplungseinrichtung, einen Verbrennungsmotor sowie einen Elektromotor aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und/oder kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten und einem Getriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einem Getriebeausgang, wobei eine erste Antriebseinheit mit einer ersten Getriebeeingangswelle über eine erste Kupplung und eine zweite Antriebseinheit mit einer zweiten Getriebeeingangswelle über eine zweite Kupplung verbindbar sind, und wobei die erste Getriebeeingangswelle einem ersten Teilgetriebe und die zweite Getriebeeingangswelle einem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind, dadurch gelöst, dass die erste und die zweite Antriebseinheit als Verbrennungsmotoren beziehungsweise Verbrennungsmaschinen ausgeführt sind, die mit mindestens einer Elektromaschine kombiniert sind. In herkömmlichen Getriebe-Motor-Anordnungen mit zwei Verbrennungsantrieben und keinem weiteren Elektroantrieb ist entweder (A) ein mit jedem Gangwechsel zwingend wechselnder Betrieb der Verbrennungsmaschinen erforderlich, was viele im Hinblick auf die Geräuschentwicklung und den Kraftstoffverbrauch nachteilige Motorstarts bedingt. Oder (B) beide Verbrennungsantriebe laufen durch und der jeweils ungenutzte Antrieb verbraucht Kraftstoff. Oder es ist (C) bei durchgängigem Fahren mit nur einem Verbrennungsantrieb beim Gangwechsel der Komfortnachteil einer Zugkraftunterbrechung vorhanden. Oder es sind (D) mindestens ein Antrieb und eine Getriebeseite doppelkupplungsartig auszuführen und zu betreiben, damit komfortable Gangwechsel möglich sind.
Die Kombination der beiden Verbrennungsmotoren mit einem zusätzlichen Elektroantrieb, der durch die mit den beiden Verbrennungsmotoren kombinierten Elektromaschinen ermöglicht wird, liefert unter anderem den Vorteil, dass das durchgängige Teillastfahren mit nur einem Verbrennungsmotor (C) komfortabler wird durch eine elektromotorische Zugkraftauffüllung, und gleichzeitig die anderen beziehungsweise weitere Betriebsmodi möglich bleiben, wie zum Beispiel bei Volllast das Fahren mit beiden Verbrennungsantrieben. Gegenüber (D) ist der Vorteil, dass einfachere Standard-Kupplungen Verwendung finden können. Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung mit dem zusätzlichen Elektroantrieb ist, dass der mit nur einer Verbrennungsmaschine fahrbare Leistungsbereich um den Leistungsbereich des Elektroantriebs ausgeweitet wird, wodurch das Starten und Hinzunehmen der zweiten Verbrennungsmaschine seltener erforderlich wird. Besonders für das Rückwärtsfahren genügt es, nur einen der Verbrennungsantriebe mit einem Rückwärtsgang auszustatten, und Rückwärtszugkraft mit dem Elektroantrieb zu erzeugen, welcher auch ohne eigenen Rückwärtsgang rückwärts drehen kann.
Bei einer bekannten Kombination aus nur einem Verbrennungsantrieb mit nur einem Elektroantrieb ergibt sich unter anderem das Problem, dass der bevorzugte Betriebspunkt des Verbrenners dessen Wirkungsgrad-Bestpunkt bei niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment entspricht. Dabei liefert der Verbrenner aber häufig viel mehr Leistung als zum Fahren erforderlich ist. Daraus ergeben sich (A) Kostennachteile durch einen leistungsstarken Elektroantrieb, der auch als Generator funktioniert, und/oder durch eine große Batterie. Oder (B) der Verbrennungsmotor wird nicht im Bestpunkt betrieben. Oder (C) der Verbrennungsmotor wird unruhig intermittierend betrieben, um die Batterie nicht zu überladen.
Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung mit zwei Verbrennungsantrieben und einem Elektroantrieb ist, dass die Leistungsrelation zwischen jedem der vorzugsweise kleineren Verbrennungsantriebe und dem Elektroantrieb günstiger ist. Dadurch kann der Verbrennungsantrieb dauerhafter im Bestpunkt betrieben werden. Besonders vorteilhaft ist, dass der Elektroantrieb bei einer entsprechenden Anordnung und Auslegung der Teilgetriebe von mehreren Übersetzungsstufen die am besten geeignete nutzen kann, sowohl zum Generieren, Rekuperieren, als auch zum Boosten. Auch dadurch reduziert sich die Häufigkeit, mit welcher der zweite Verbrennungsantrieb im normalen Fahrbetrieb aktiviert werden muss.
Ein weiteres Problem einer herkömmlichen Kombination aus nur einem Verbrennungsantrieb und nur einem Elektroantrieb besteht darin, dass ein Starten des einen Verbrennungsantriebs relativ viel Leistung erfordert. Ist dieses Starten in einer Fahrsituation erforderlich, in der vom Fahrer viel Vortriebsleistung gewünscht wird, entsteht ein Steuerungskonflikt und Komfortnachteil, wenn die Leistung des Elektroantriebs nicht sowohl zum Starten des Motors als auch zu dem gewünschten Vortrieb zusammen ausreicht.
Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung mit zwei Verbrennungsantrieben und einem Elektroantrieb ist, dass jeder der vorzugsweise kleineren Verbrennungsantriebe für sich mit weniger Antriebsleistung startbar ist, wodurch der oben genannte Steuerungskonflikt seltener beziehungsweise wenn, dann weniger ausgeprägt, auftritt.
Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, dass die Verbrennungs-Antriebsleistung an unterschiedlichen Seiten des Antriebs abgegriffen wird, zum Beispiel bei einem Verbrennungsantrieb auf der "klassischen" Abtriebsseite, und beim anderen Verbrennungsantrieb auf der "Nebentriebsseite". Je nach Getriebestruktur kann es erforderlich sein, dass die Verbrennungsantriebe unterschiedliche Drehrichtungen besitzen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nicht alle Nebenaggregate verdoppelt werden müssen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswellen und Getriebeausgangswellen der beiden Teilgetriebe parallel zueinander und in axialer Richtung überlappend angeordnet sind. Die Wellen sind also nicht "nebeneinander" sondern "über/hintereinander" angeordnet, so dass das Getriebe mit den beiden Teilgetrieben schmaler baut und einfacher in einem PKW unterzubringen ist. Dieses Getriebe nutzt vorteilhaft als gemeinsames Element nur noch einen Differential-Zahnkranz und hat keine gemeinsame Ausgangswelle mehr. Die in axialer Richtung vorzugsweise vollständig überlappende Anordnung der Getriebewellen ermöglicht, dass die Getriebe-Motor-Anordnung, insbesondere in Kombination mit schmalen Motoren, wie zum Beispiel zwei Zylindermotoren, gegebenenfalls sogar in "V"- oder "Boxer"-Anordnung, auf einfache Art und Weise im Motorraum untergebracht werden kann. Bei dieser räumlichen Wellenanordnung erfolgt die Zugkraftaddition beider Verbrennungsantriebe erst auf dem Zahnkranz des Differentials auf in einem gewissen Abstand hintereinander liegenden Zähnen. Das bedeutet, dass jeder der Antriebe bis einschließlich dem Differentialzahnkranz geringere Kräfte tragen muss, wodurch sich Material und Kosten reduzieren. Diese Kräfte betreffen die Zugkräfte im Triebstrang genauso wie die bei Schrägverzahnungen unvermeidlichen Radial- und Axialkräfte auf Wellen und Lager.
Eine mögliche Ausgestaltung zur weiteren Verkürzung des Getriebes beruht darin, den Elektroantrieb und/oder den rechten Verbrenner-Antrieb über eine weitere Verzahnung auf eine weitere Welle zu legen.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die elektrische Maschine zwischen die beiden Getriebeeingangswellen geschaltet ist. Dabei kann die elektrische Maschine durch Kupplungen, zum Beispiel Klauenkupplungen, sowohl an die erste als auch an die zweite Antriebseinheit angekuppelt werden. Somit kann eine einzige Elektromaschine zum Starten beider Antriebseinheiten verwendet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine zur Darstellung eines Rückwärtsgangs über zwei Zahnräder an eine der Antriebseinheiten angebunden ist. Die zwei Zahnräder dienen zur Darstellung einer Drehrichtungsumkehr für den Rückwärtsgang. Die elektrische Maschine kann zusammen mit einer der Antriebseinheiten vorteilhaft den Rückwärtsgang darstellen.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine beziehungsweise die elektrische Maschine in Reihe zwischen die zweite Getriebeeingangswelle und die zweite Antriebseinheit geschaltet ist. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise zwischen die zweite Getriebeeingangswelle und die zweite Kupplung geschaltet. Die elektrische Maschine kann über eine Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, mit der zweiten Antriebseinheit und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden werden. Somit können beide Antriebseinheiten mit einer einzigen elektrischen Maschine gestartet werden. Auch Boosten und Rekuperieren ist in dieser Anordnung möglich.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Getriebeeingangswelle ein Rückwärtsgang zugeordnet ist. Der Rückwärtsgang kann gemäß verschiedenen Varianten dargestellt werden.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die beiden Teilgetriebe in einem Dreiwellen-Doppelkupplungsgetriebe kombiniert sind, in welchem eine gemeinsame Getriebeausgangswelle zwischen den vorzugsweise axial versetzt angeordneten Getriebeeingangswellen angeordnet ist. Dadurch wird die Anordnung der beiden Antriebseinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse ermöglicht. Dabei können die Antriebseinheiten dennoch vollkommen unabhängig voneinander ausgeführt sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Gänge der Getriebeeingangswellen auf gleiche Abtriebsräder zugreifen. Dadurch verringert sich die Anzahl der Abtriebsräder.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die beiden Antriebseinheiten nebeneinander angeordnet und mit ihren Abtriebsseiten voneinander abgewandt in Reihe mit den beiden Teilgetrieben geschaltet sind. Die Reihenschaltung wird vorzugsweise durch eine Triebwelle erreicht, welche die Abtriebsseite einer der Antriebseinheiten mit dem zugehörigen Teilgetriebe verbindet. Das Starten beider Antriebseinheiten durch nur eine Elektromaschine, insbesondere einen Startergenerator, kann vorteilhaft durch die Anordnung der Gänge in den Teilgetrieben ermöglicht werden.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die der ersten Antriebseinheit zugeordnete Kupplung als Doppelkupplung ausgeführt ist, über welche die der Doppelkupplung zugeordnete erste Antriebseinheit sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Ein von der ersten Antriebseinheit erzeugtes Moment und ein von der zweiten Antriebseinheit erzeugtes Moment sind unabhängig voneinander in die gemeinsame Getriebeausgangswelle einleitbar und dort zu einem Summenmoment kombinierbar. Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Doppelkupplung kann ein ständiger Motorwechsel zwischen den beiden Antriebseinheiten im Teillastbereich vermieden werden. Die erste Antriebseinheit wird vorzugsweise über Gänge 1, 3, 5 und 7 mit dem Abtrieb verbunden. Die zweite Antriebseinheit wird vorzugsweise über Gänge 2, 4, 6 und 8 mit dem Abtrieb verbunden. Die Gangwechsel erfolgen abwechselnd in beiden Teilgetrieben.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Getriebe-Motor-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass mindestens eine der Kupplungen als Schwungnutzkupplung ausgeführt ist, über welche die der Schwungnutzkupplung zugeordnete Antriebseinheit gestartet werden kann. Die Schwungnutzkupplung ist vorzugsweise als Doppelkupplung ausgeführt. Zur Unterscheidung gegenüber der vorab genannten echten Doppelkupplung kann die als Schwungnutzkupplung ausgeführte Doppelkupplung auch als unechte Doppelkupplung bezeichnet werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Kupplungen als Schwungnutzkupplungen ausgeführt sind, über welche die den Schwungnutzkupplungen zugeordneten Antriebseinheiten gestartet werden können. Durch schnelles Schließen der jeweiligen Schwungnutzkupplung kann die zugeordnete Antriebseinheit durch in einem Schwungrad gespeicherte Energie bis auf Leerlaufdrehzahl beschleunigt und damit gestartet werden. Die an beiden Antriebseinheiten vorgesehenen Schwungnutzkupplungen ermöglichen ein unabhängiges Starten der beiden Antriebseinheiten.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungnutzkupplung/den Schwungnutzkupplungen eine elektrische Maschine/elektrische Maschinen zugeordnet ist/sind, durch welche die der Schwungnutzkupplung/den Schwungnutzkupplungen zugeordnete Antriebseinheit/zugeordnete Antriebseinheiten gestartet werden kann/können. Die elektrische Maschine/elektrischen Maschinen ist/sind vorzugsweise radial außen an der Schwungnutzkupplung angeordnet. Dabei treibt die elektrische Maschine vorzugsweise jeweils ein Schwungrad der Schwungnutzkupplung an. Da die elektrische Maschine zuerst die Schwungmasse beziehungsweise das Schwungrad beschleunigt, muss diese beziehungsweise dieses nicht auf das volle Kaltstartmoment ausgelegt werden, sondern es sind kleinere Momente ausreichend. Neben der Startfunktion ist durch die elektrische Maschine beziehungsweise den Elektromotor eine Boost- und/oder Rekuperationsfunktion darstellbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Getriebe-Motor-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der oder beide Teilgetriebe eine zusätzliche Welle zur Darstellung eines Rückwärtsgangs umfassen. Die zusätzliche Welle ermöglicht eine Drehrichtungsumkehr für den Rückwärtsgang.
Die Teilgetriebe sind gemäß allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise als Stirnradgetriebe ausgeführt.
Die beiden Antriebseinheiten sind vorzugsweise beide als Verbrennungsmotoren ausgeführt. Durch die Erfindung wird ein Summiergetriebe für zwei Verbrennungsmotoren auf Stirnradgetriebebasis bereitgestellt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit Schwungnutzkupplungen und einem Rückwärtsgang;
2 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit einem zentralen Startergenerator und versetzten Getriebeeingangswellen;
3 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit einer echten Doppelkupplung an einer Antriebseinheit;
4 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit einem Doppelkupplungsgetriebe in Dreiwellenausführung;
5 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit zwei Antriebseinheiten in einem gemeinsamen Motorgehäuse;
6 eine Getriebe-Motor-Anordnung mit einer speziellen Getriebewellenanordnung und
7 eine perspektivische Darstellung der Getriebemotoranordnung aus 6.
In den 1 bis 7 sind sechs erfindungsgemäße Getriebe-Motor-Anordnungen 11 bis 16 vereinfacht dargestellt. Die Getriebe-Motor-Anordnungen 11 bis 15 umfassen jeweils eine erste Antriebseinheit 21 und eine zweite Antriebseinheit 22. Die beiden Antriebseinheiten 21, 22 sind als Verbrennungsmotoren mit jeweils einer Kurbelwelle 25, 26 ausgeführt.
Die Getriebe-Motor-Anordnungen 11 bis 15 sind für den Einsatz in Personenkraftwagen konzipiert. Durch ein gezieltes Downsizing der als Verbrennungsmotoren ausgeführten Antriebseinheiten 21, 22 kann gegenüber herkömmlichen Antrieben, zum Beispiel in Vierzylinder-Bauweise, ein signifikanter Verbrauchsvorteil erzielt werden.
Die beiden Antriebseinheiten 21, 22 können unabhängig voneinander betrieben werden, wie es zum Beispiel in den eingangs genannten deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2010 022 751 A1 , DE 10 2010 025 454 A1 und DE 10 2010 049 931 A1 beschrieben ist.
Bei den Antriebseinheiten 21, 22 handelt es sich vorzugsweise um zwei relativ kleine Verbrennungsmotoren, die in dem Personenkraftwagen unabhängig voneinander betreibbar sind. Die beiden Verbrennungsmotoren 21, 22 sind unter Zwischenschaltung von zwei Kupplungen 31, 32 über ein Summiergetriebe und ein Differential 28 einzeln oder zusammen zum Antrieb des Personenkraftwagens einsetzbar.
Mit den Ziffern 1 bis 8 sind in den 1 bis 5 Getriebestufen bezeichnet, mit denen Gänge 1 bis 8 darstellbar sind. Mit dem Buchstaben R ist eine Getriebestufe bezeichnet, mit der ein Rückwärtsgang R darstellbar ist. Die beiden Antriebseinheiten 21 und 22 sind über ein Getriebe 40 unabhängig voneinander einzeln oder zusammen antriebsmäßig mit dem Differential 28 verbindbar, das den Abtrieb darstellt.
Das Getriebe 40 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 41, die über die erste Kupplung 31 mit der ersten Antriebseinheit 21 verbindbar ist. Das Getriebe 40 umfasst des Weiteren eine zweite Getriebeeingangswelle 42, die über die zweite Kupplung 32 antriebsmäßig mit der zweiten Antriebseinheit verbindbar ist.
Das Getriebe 40 umfasst des Weiteren eine gemeinsame Getriebeausgangswelle 50. Die erste Getriebeeingangswelle 41 und die gemeinsame Getriebeausgangswelle 50 stellen ein erstes Teilgetriebe 51 des Getriebes 40 dar. Die zweite Getriebeeingangswelle 42 stellt zusammen mit der gemeinsamen Getriebeausgangwelle 50 ein zweites Teilgetriebe 52 des Getriebes 40 dar.
Die in 1 dargestellte Getriebe-Motor-Anordnung 11 ähnelt der in 1 der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 022 752 A1 und der zugehörigen Figurenbeschreibung offenbarten Getriebemotoranordnung. Allerdings ist die erfindungsgemäße Getriebe-Motor-Anordnung 11 der beiliegenden 1 unter anderem dahingehend erweitert, dass die beiden Kupplungen 31 und 32 als Schwungnutzkupplungen ausgeführt sind. Der Aufbau und die Funktion der Schwungnutzkupplungen wird im Folgenden anhand der Schwungnutzkupplung 31 zwischen der Kurbelwelle 25 und der ersten Getriebeeingangswelle 41 erläutert. Die Schwungnutzkupplung 32 zwischen der Kurbelwelle 26 und der zweiten Getriebeeingangswelle 42 funktioniert analog.
Die Schwungnutzkupplung 31 umfasst eine Schwungmasse 64, die drehfest mit einer ersten Kupplungsscheibe 61 und/oder einer zweiten Kupplungsscheibe 62 verbindbar ist. Die erste Kupplungsscheibe 61 ist drehfest mit der Kurbelwelle 25 der ersten Antriebseinheit 21 verbunden. Die zweite Kupplungsscheibe 62 ist drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 41 verbunden.
Radial außerhalb der Schwungmasse 64 ist eine Elektromaschine 65 angeordnet. Die Schwungmasse 64 kann durch die Elektromaschine 65 angetrieben werden. Die erste Kupplungsscheibe 61 stellt zusammen mit der Schwungmasse 64 eine Startkupplung für die Antriebseinheit 21 dar. Durch schnelles Schließen der Startkupplung kann die Antriebseinheit 21 durch die in der Schwungmasse 64 gespeicherte Energie bis auf Leerlaufdrehzahl beschleunigt und damit gestartet werden.
Die Schwungnutzkupplungen 31 und 32 an beiden Antriebseinheiten 21, 22 ermöglichen das unabhängige Starten von Antriebseinheit 21 und Antriebseinheit 22. Da die Elektromaschine 65 zunächst nur die Schwungmasse 64 beschleunigt, muss die Elektromaschine 65 nicht auf das volle Kaltstartmoment der Antriebseinheit 21 ausgelegt werden, sondern es sind kleinere Momente ausreichend.
Neben der Startfunktion ist durch die elektrischen Maschinen beziehungsweise Elektromotoren 65 der Schwungnutzkupplungen 31, 32 eine Boost- und Rekuperationsfunktion darstellbar. Zur Vereinfachung des Systems besteht dabei grundsätzlich die Möglichkeit, beide Kupplungen 31, 32 durch ein gemeinsames Betätigungssystem sequenziell nacheinander zu öffnen beziehungsweise zu schließen. Funktionsbedingt kann es aber für manche Anwendungen besser sein, wenn zwei voneinander unabhängige Betätigungssysteme beziehungsweise Ausrücksysteme verwendet werden.
Des Weiteren sind bei der in 1 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 11 weitere Zahnräderanordnungen 67, 68 mit jeweils einer zusätzlichen Welle vorgesehen. Die Zahnräderanordnungen 67, 68 sind jeweils zwischen der Kupplung 31; 32 und der ersten Gangstufe beziehungsweise der zweiten Gangstufe angeordnet. Die Zahnräderanordnung 67; 68 dient zur Darstellung eines Rückwärtsgangs in dem jeweiligen Teilgetriebe 51; 52. Dabei ermöglicht die zusätzliche Welle die zur Darstellung des Rückwärtsgangs erforderliche Drehrichtungsumkehr.
Bei der in 2 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 12 wird eine einzige elektrische Maschine 70 zum Starten der beiden Antriebseinheiten 21, 22 verwendet. Die elektrische Maschine 70 ist zwischen den beiden Getriebeeingangswellen 41, 42 angeordnet. Dabei kann die elektrische Maschine 70 durch Kupplungseinrichtungen 71, 72 sowohl an den in 2 rechten 22 als auch an den linken 21 Verbrennungsmotor angekuppelt werden. Die Kupplungseinrichtungen 71, 72 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Klauenkupplungen ausgeführt.
Durch ein zusätzliches Zahnradpaar zwischen der elektrischen Maschine 70 und der Kupplungseinrichtung 72 wird eine Drehrichtungsumkehr auf die zweite Getriebeeingangswelle 42 erreicht. Somit können die Antriebseinheit 21 und die elektrische Maschine 70 zusammen einen Rückwärtsgang darstellen. Das volle benötigte Moment für Steigungen steht im Rückwärtsgang somit allerdings nur in Verbindung mit der Elektromaschine 70 zur Verfügung.
Bei der in 3 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 13 ist die Kupplung 31 als echte Doppelkupplung ausgeführt. Die echte Doppelkupplung umfasst eine erste Kupplungsscheibe 81, die drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 42 verbunden ist. Eine zweite Kupplungsscheibe 82 der echten Doppelkupplung ist drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 42 verbunden.
Die beiden Kupplungsscheiben 81, 82 sind, wie bei herkömmlichen Doppelkupplungsgetrieben, über die Doppelkupplung 31 drehfest mit der Kurbelwelle 25 der ersten Antriebseinheit 21 verbindbar. Damit kann der Betrieb mit einem Verbrennungsmotor analog dem eines herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebes erfolgen. Der zweite Verbrennungsmotor der zweiten Antriebseinheit 22 bleibt in diesem Betriebsfall komplett ausgeschaltet.
Im Zweimotorenbetrieb funktioniert die in 3 dargestellte Getriebe-Motor-Anordnung 13 wie die in 1 dargestellte Getriebe-Motor-Anordnung 11. Die erste Antriebseinheit 21 ist dabei über die Gänge 1, 3, 5 und 7 mit dem Abtrieb verbunden. Die zweite Antriebseinheit 22 ist über die Gänge 2, 4, 6 und 8 mit dem Abtrieb verbunden. Die Gangwechsel erfolgen abwechselnd in beiden Teilgetrieben 51, 52. Zum Schalten wird jeweils ein Teilgetriebe entlastet.
Ein Rückwärtsgang ist bei der in 3 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 13 auf der zweiten Getriebeeingangswelle 42 des zweiten Teilgetriebes 52 angeordnet. Zur Darstellung des Rückwärtsgangs ist eine Zahnräderanordnung 86 mit einer zusätzlichen Welle zur Drehrichtungsumkehr zwischen der zweiten Gangstufe und der zweiten Kupplung 32 angeordnet. Über die Zahnräderanordnung 86 können beide Antriebseinheiten 21, 22 auf den Rückwärtsgang gekuppelt werden, wodurch die vollen Werte hinsichtlich Leistung und Drehmoment für den Rückwärtsgang zur Verfügung stehen.
Eine elektrische Maschine 84 ist in Reihe zwischen die zweite Getriebeeingangswelle 42 beziehungsweise die Zahnräderanordnung 86 und die zweite Antriebseinheit 22 beziehungsweise die zweite Kupplung 32 geschaltet. Über eine Klauenkupplungen umfassende Kupplungseinrichtung 85 kann die elektrische Maschine 84 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 42 und der in 3 linken Antriebseinheit 21 verbunden werden. Damit kann mit der Elektromaschine 84 sowohl der in 3 rechte Verbrennungsmotor 22 als auch der linke Verbrennungsmotor 21 gestartet werden. Auch Boosten und Rekuperieren ist in dieser Anordnung möglich.
Die in 4 dargestellte Getriebe-Motor-Anordnung 14 hat in axialer Richtung deutlich kleinere Abmessungen als die in den 1 bis 3 dargestellten Getriebe-Motoranordnungen 11 bis 13. Das Summiergetriebe mit den beiden Teilgetrieben 51, 52 ist als Dreiwellen-Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt. Die beiden Getriebeeingangswellen 41 und 42 sind dabei axial versetzt angeordnet. Dadurch können die Gänge axial geschachtelt werden. Dabei greifen je zwei Gänge von der Getriebeeingangswelle 41 und der Getriebeeingangswelle 42 auf gleiche Abtriebsräder zu. Dadurch verringert sich die Anzahl der Abtriebsräder auf sechs. Um die Freiheitsgrade bei der Übersetzung nicht zu sehr einzuschränken, gibt es noch jeweils zwei eigenständige Radpaare auf den Getriebeeingangswellen 41 und 42.
Auch der Rückwärtsgang wird durch Nutzung eines vorhandenen Gangrades am Abtrieb realisiert. Dabei können aber auch nur ein Verbrennungsmotor 21, 22 und eine elektrische Maschine 90, 92 im Rückwärtsgang mit dem Abtrieb verbunden sein. Die elektrische Maschine 90 ist der ersten Kupplung 31 zugeordnet, die vorteilhaft als Schwungnutzkupplung ausgeführt ist. Die elektrische Maschine 92 ist zwischen die zweite Gangstufe des zweiten Teilgetriebes 50 und die zweite Kupplung 32 geschaltet.
Bei der in 5 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 15 sind die beiden Antriebseinheiten 21 und 22 so ausgeführt und angeordnet, dass sie ein gemeinsames Gehäuse nutzen können und trotzdem zwei vollkommen unabhängige Verbrennungsmotoren darstellen. Dabei sind die Abtriebsseiten der Antriebseinheiten 21, 22 voneinander abgewandt. Auf der Abtriebsseite der Antriebseinheit 21 ist die Kupplung 31 angeordnet. Die beiden Teilgetriebe 51, 52 sind wie bei der in 1 angeordneten Getriebe-Motor-Anordnung 11 ausgeführt, allerdings ohne Rückwärtsgang.
Auf der Abtriebsseite der Antriebseinheit 22, die direkt neben der Antriebseinheit 21 angeordnet ist, ist eine erste Zahnräderanordnung 101 vorgesehen. Über eine Triebwelle 104 ist die erste Zahnräderanordnung 101 mit einer zweiten Zahnräderanordnung 102 drehfest verbunden. Die zweite Zahnräderanordnung 102 ist der Kupplung 32 zugeordnet. Über die beiden Zahnräderanordnungen 101, 102 und die Triebwelle 104 ist die Kurbelwelle 26 der Antriebseinheit 22 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 42 des zweiten Teilgetriebes 52 verbindbar.
Bei der in den 6 und 7 dargestellten Getriebe-Motor-Anordnung 16 umfassen die beiden Teilgetriebe 21, 22 zusätzlich zu der ersten Getriebeeingangswelle 41 beziehungsweise der zweiten Getriebeeingangswelle 42 eine erste Getriebeausgangswelle 121 und eine zweite Getriebeausgangswelle 122. Die Getriebewellen 41, 42 und 121, 122 sind parallel zueinander und in axialer Richtung überlappend, das heißt übereinander oder hintereinander, angeordnet. Durch drei Striche ist in 6 angedeutet, dass die beiden Getriebeausgangswellen 121 und 122 über entsprechende Zahnräder beide mit dem Differential 28 gekoppelt sind.
Der ersten Kupplung 31 ist eine erste elektrische Maschine 141 zugeordnet. Die erste elektrische Maschine 141 ist vorteilhaft als Ritzelstarter ausgeführt.
Eine zweite elektrische Maschine 142 ist zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle 42 des zweiten Teilgetriebes 52 und der zweiten Kupplung 32 angeordnet. Die zweite elektrische Maschine 142 ist über einen Gleichrichter 144 an eine elektrische Energiespeichereinrichtung 145 angeschlossen.
In der perspektivischen Darstellung von 7 ist durch einen Doppelpfeil 152 angedeutet, dass die erfindungsgemäße Getriebe-Motor-Anordnung sehr schmal baut. Dadurch wird ein sehr geringer Innenabstand zu einem angedeuteten Rad 150 ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: erster Gang
2: zweiter Gang
3: dritter Gang
4: vierter Gang
5: fünfter Gang
6: sechster Gang
7: siebter Gang
8: achter Gang
11: Getriebe-Motor-Anordnung
12: Getriebe-Motor-Anordnung
13: Getriebe-Motor-Anordnung
14: Getriebe-Motor-Anordnung
15: Getriebe-Motor-Anordnung
16: Getriebe-Motor-Anordnung
21: erste Antriebseinheit
22: zweite Antriebseinheit
25: Kurbelwelle
26: Kurbelwelle
28: Differential
31: erste Kupplung
32: zweite Kupplung
40: Getriebe
41: erste Getriebeeingangswelle
42: zweite Getriebeeingangswelle
50: gemeinsame Getriebeeingangswelle
51: erstes Teilgetriebe
52: zweites Teilgetriebe
61: erste Kupplung
62: zweite Kupplung
64: Schwungmasse
65: Elektromaschine
67: Zahnräderanordnung
68: Zahnräderanordnung
70: Elektromaschine
71: Kupplungseinrichtung
72: Kupplungseinrichtung
81: erste Kupplung
82: zweite Kupplung
84: Elektromaschine
85: Kupplungseinrichtung
86: Zahnräderanordnung
90: Elektromaschine
92: Elektromaschine
101: Zahnräderanordnung
102: Zahnräderanordnung
104: Triebwelle
121: erste Getriebeausgangswelle
122: zweite Getriebeausgangswelle
141: erste Elektromaschine
142: zweite Elektromaschine
144: Gleichrichter
145: elektrische Energiespeichereinrichtung
150: Rad
152: Doppelpfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010022751 A1 [0002, 0037]
DE 102010025454 A1 [0002, 0037]
DE 102010049931 A1 [0002, 0037]
DE 102010022752 A1 [0042]

Claims

Getriebe-Motor-Anordnung mit mindestens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Antriebseinheiten (21, 22) und einem Getriebe (40) mit zwei Getriebeeingangswellen (41, 42) und einem Getriebeausgang, wobei eine erste Antriebseinheit (21) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (41) über eine erste Kupplung (31) und eine zweite Antriebseinheit (22) mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (42) über eine zweite Kupplung (32) verbindbar sind, und wobei die erste Getriebeeingangswelle (41) einem ersten Teilgetriebe (51) und die zweite Getriebeeingangswelle (42) einem zweiten Teilgetriebe (52) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (21) und die zweite (22) Antriebseinheit als Verbrennungsmotoren beziehungsweise Verbrennungsmaschinen ausgeführt sind, die mit mindestens einer Elektromaschine kombiniert sind.
Getriebe-Motor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswellen (41, 42) und Getriebeausgangswellen (121, 122) der beiden Teilgetriebe (51, 52) parallel zueinander und in axialer Richtung überlappend angeordnet sind.
Getriebe-Motor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (70) zwischen die beiden Getriebeeingangswellen (41, 42) geschaltet ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (70) zur Darstellung eines Rückwärtsgangs über zwei Zahnräder an eine der Antriebseinheiten (21, 22) angebunden ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine beziehungsweise die elektrische Maschine (84; 92) in Reihe zwischen die zweite Getriebeeingangswelle (42) und die zweite Antriebseinheit (22) geschaltet ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Getriebeeingangswelle (42) ein Rückwärtsgang zugeordnet ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilgetriebe (51, 52) in einem Dreiwellen-Doppelkupplungsgetriebe (40) kombiniert sind, in welchem eine gemeinsame Getriebeausgangswelle (50) zwischen den vorzugsweise axial versetzt angeordneten Getriebeeingangswellen (41, 42) angeordnet ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebseinheiten (21, 22) nebeneinander angeordnet und mit ihren Abtriebsseiten voneinander abgewandt in Reihe mit den beiden Teilgetrieben (51, 52) geschaltet sind.
Getriebe-Motor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Antriebseinheit (21) zugeordnete Kupplung (31) als Doppelkupplung ausgeführt ist, über welche die der Doppelkupplung zugeordnete erste Antriebseinheit (21) sowohl mit der ersten (41) als auch der zweiten (42) Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
Getriebe-Motor-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kupplungen (31, 32) als Schwungnutzkupplung ausgeführt ist, über welche die der Schwungnutzkupplung zugeordnete Antriebseinheit (21, 22) gestartet werden kann.