DE102014215842A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb - Google Patents

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Uwe Griesmeier
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Abstract

Getriebe (1.1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe (2.1), das eine Eingangswelle (4), eine koaxial und axial benachbart zu dieser angeordnete Ausgangswelle (6), und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen (4, 6) angeordnete Vorgelegewelle (5.1) aufweist, sowie mit einem in Planetenbauweise ausgeführten und koaxial über der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes angeordneten Überlagerungsgetriebe (3). Das Schaltgetriebe ist derart ausgebildet, dass die Eingangswelle über eine zwei Festräder umfassende Eingangskonstante (KE) mit der Vorgelegewelle in Triebverbindung steht, und dass die Vorgelegewelle über mehrere jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassende schaltbare Stirnradstufen (Z1, Z2) selektiv mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar ist. Das Überlagerungsgetriebe (3) ist am abtriebsseitigen Ende der Ausgangswelle (6) angeordnet und triebtechnisch derart eingebunden, dass deren erstes Eingangselement (7) über eine durch ein erstes Koppelschaltelement (E) schaltbare erste Eingangstriebstufe (TE1) mit der Eingangswelle in Triebverbindung bringbar sowie mittels eines Arretierungsschaltelements (G) gehäusefest arretierbar ist, dass deren zweites Eingangselement (8) mittels einer zweiten Eingangstriebstufe (TE2) mit dem Rotor (11) einer Elektromaschine (EM) in Triebverbindung ist sowie über eine durch ein zweites Koppelschaltelement (F) schaltbaren dritten Eingangstriebstufe (TE3) mit der Eingangswelle in Triebverbindung bringbar ist, und dass zwei beliebige Getriebeelemente des Überlagerungsgetriebes mittels eines Überbrückungsschaltelements (H) drehfest miteinander verbindbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe, welches eine Eingangswelle, eine koaxial sowie axial benachbart zu dieser Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen angeordnete Vorgelegewelle aufweist, sowie mit einem in Planetenbauweise ausgeführten und koaxial über der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordneten Überlagerungsgetriebe, welches ein mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement, ein mit dem Rotor einer Elektromaschine in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement, und ein mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes drehfest verbundenes Ausgangselement aufweist.
  • Es ist bekannt, dass bei einem Hybridantrieb ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe zur Überlagerung der Drehmomente sowie Drehzahlen eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine genutzt werden kann. Gegenüber anderen Bauarten von Überlagerungsgetrieben weist ein Planetengetriebe den Vorteil kompakter Abmessungen und ausgeglichener Lagerkräfte der Getriebeelemente auf.
  • Aus der DE 199 34 696 A1 ist eine entsprechende, als elektrodynamisches Antriebssystem (EDA) bezeichnete Kombination eines Überlagerungsgetriebes und einer Elektromaschine bekannt, die zwischen der Triebwelle eines Verbrennungsmotors und der Eingangswelle eines in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebes angeordnet ist sowie ein verschleißfreies Anfahren ermöglicht. In einer ersten Ausführungsform dieses Hybridantriebs gemäß der dortigen 1 ist das Überlagerungsgetriebe als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbunden und bildet das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes. Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden und bildet das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes. Der Planetenträger des Planetengetriebes ist drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden und bildet das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes. Mit dieser Getriebeanordnung erfolgt das verschleißfreie Anfahren dadurch, dass bei weitgehend konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors die Elektromaschine zunächst im Generatorbetrieb mit ansteigendem Schleppmoment bis zum Erreichen des Rotorstillstands gesteuert und dann im Motorbetrieb mit umgekehrter Drehrichtung bis zum Erreichen des Synchronlaufs der Getriebeelemente des Planetengetriebes beschleunigt wird. Mit dem Erreichen des Synchronlaufs im Planetengetriebe wird eine zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger angeordnete Überbrückungskupplung geschlossen, so dass das Planetengetriebe im weiteren Verlauf eines Verbrennungsfahrbetriebs oder Hybridfahrbetriebs im Block umläuft.
  • In der DE 10 2010 043 354 A1 ist ein Hybridantriebgetriebe beschrieben, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer Ausgangswelle sowie ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe umfasst. Die erste Eingangswelle des Schaltgetriebes ist achsparallel zu der Ausgangswelle angeordnet, über eine als Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar, sowie über zwei jeweils nur aus Losrädern bestehende Stirnradstufen mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle des Schaltgetriebes ist achsparallel zu der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet, drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden, sowie über zwei jeweils ebenfalls nur aus Losrädern bestehende Stirnradstufen mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die Stirnradstufen der ersten Eingangswelle sowie der zweiten Eingangswelle sind in nahezu identischen Zahnradebenen angeordnet und nutzen in einer Ausführungsform ein gemeinsames, auf der Ausgangswelle angeordnetes Losrad. In einer weiteren Ausführungsform sind die auf der Ausgangswelle angeordneten Losräder der beiden Stirnradstufen drehfest miteinander verbunden.
  • Das Überlagerungsgetriebe dieses bekannten Hybridantriebgetriebes ist als ein einfaches Planetengetriebe ausgeführt sowie zwischen den beiden Zahnradebenen koaxial über der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordnet. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist drehfest mit den zwei drehfest miteinander verbundenen Losrädern der ersten Zahnradebene verbunden, welche mittels jeweils einem Schaltelement mit der ersten Eingangswelle oder mit der zweiten Eingangswelle in Triebverbindung bringbar sowie mittels eines weiteren Schaltelements unmittelbar drehfest mit der Ausgangswelle verbindbar sind. Das Hohlrad des Planetengetriebes kann somit das erste Eingangselement oder das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bilden. Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist mittels eines Schaltelements drehfest mit dem gemeinsamen Losrad der zweiten Zahnradebene verbindbar, welches mittels jeweils eines Schaltelements mit der ersten Eingangswelle oder der zweiten Eingangswelle in Triebverbindung bringbar ist und mittels eines weiteren Schaltelements unmittelbar drehfest mit der Ausgangswelle verbindbar ist. Das Sonnenrad des Planetengetriebes kann daher ebenfalls das erste Eingangselement oder das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bilden. Der Planetenträger ist drehfest mit der Ausgangswelle verbunden und bildet demnach das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes.
  • Dieses bekannte Hybridantriebgetriebe weist neben der Möglichkeit des verschleißfreien Anfahrens sieben Gänge für den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb auf, darunter vier Windungsgänge und sieben Gänge für den reinen Elektrofahrbetrieb, darunter auch vier Windungsgänge. Bei diesem Hybridantriebgetriebe besteht die Möglichkeit zur Standladung eines elektrischen Energiespeichers mittels der verbrennungsmotorisch angetriebenen sowie als Generator arbeitenden Elektromaschine. Außerdem kann der Verbrennungsmotor mittels der als Elektromotor arbeitenden Elektromaschine gestartet werden. Nachteilig bei diesem Hybridantriebgetriebe sind jedoch die hohe Gesamtanzahl der benötigten Schaltelemente, die große Anzahl der für die meisten Gänge jeweils aus- und einzurückenden Schaltelemente, und der schlechte Übertragungswirkungsgrad in den Windungsgängen.
  • Ein weiteres Hybridantriebgetriebe, welches ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und zwei Ausgangswellen sowie ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe aufweist, ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2013 221 461 A1 der Anmelderin bekannt. Die Eingangswelle des Schaltgetriebes dieses Hybridantriebgetriebes ist über eine als Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar sowie über mehrere selektiv schaltbare Stirnradstufen jeweils mit einer von zwei Vorgelegewellen in Triebverbindung bringbar. Die beiden Vorgelegewellen bilden zugleich die Ausgangswellen des Schaltgetriebes und stehen über jeweils eine Ausgangskonstante mit einem Achsgetriebe oder Verteilergetriebe in Triebverbindung.
  • Das Überlagerungsgetriebe dieses bekannten Hybridantriebgetriebes ist als ein einfaches Planetengetriebe ausgeführt, welches koaxial über einem freien Ende einer der beiden Ausgangswellen angeordnet ist. Das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes. Es ist drehfest mit einer Hohlwelle verbunden, welche koaxial über der zugeordneten Ausgangswelle angeordnet und mittels eines Koppelschaltelements drehfest mit einem auf dieser Ausgangswelle gelagerten Losrad einer schaltbaren Stirnradstufe verbindbar ist. Hierdurch ist eine Triebverbindung zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und dem Sonnenrad des Planetengetriebes herstellbar. Das Hohlrad des Planetengetriebes bildet das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes und steht über eine Eingangstriebstufe mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung. Der Planetenträger des Planetengetriebes bildet das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes und ist drehfest mit der zugeordneten Ausgangswelle verbunden. Bei angekoppeltem Verbrennungsmotor ist somit das verschleißfreie Anfahren in einem EDA-Betrieb möglich.
  • Zur Schaltung von zwei Gangstufen für den Elektrofahrbetrieb ist das Sonnenrad des Planetengetriebes wechselweise mittels eines Arretierungsschaltelements gehäusefest arretierbar und mittels eines Überbrückungsschaltelements drehfest mit dem Hohlrad verbindbar. Um die beiden schaltbaren Gangstufen des Überlagerungsgetriebes auch im Verbrennungsfahrbetrieb nutzen zu können, ist die Eingangswelle des Schaltgetriebes mittels einer schaltbaren Koppelstirnradstufe auch mit dem Hohlrad des Planetengetriebes in Triebverbindung bringbar. Hierdurch kann eine abtriebsfreie Triebverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine hergestellt werden, die bedarfsweise bei in seiner Neutralstellung befindlichem Schaltgetriebe auch zum Laden eines elektrischen Energiespeichers und zum Starten des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine nutzbar ist.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aus der Kombination eines in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebes und eines in Planetenbauweise ausgeführten Überlagerungsgetriebes bestehendes Hybridantriebgetriebe der eingangs genannten Bauart vorzuschlagen, welches bei möglichst kompakten Abmessungen den Funktionsumfang des aus der DE 10 2013 221 461 A1 bekannten Hybridantriebgetriebes aufweist.
  • Diese Aufgabe ist durch ein Hybridantriebgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Die Erfindung betrifft demnach ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb. Dieses Hybridantriebgetriebe weist ein in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe auf, welches eine Eingangswelle, eine koaxial sowie axial benachbart zu dieser Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen angeordnete Vorgelegewelle aufweist Zu diesem Hybridantriebgetriebe gehört auch ein in Planetenbauweise ausgeführtes sowie koaxial über der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordnetes Überlagerungsgetriebe, welches ein mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement, ein mit dem Rotor einer Elektromaschine in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement, und ein mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes drehfest verbundenes Ausgangselement aufweist.
  • Damit dieses Hybridantriebgetriebe trotz eines vergleichsweise einfachen Aufbaus des Schaltgetriebes neben einer verschleißfreien Anfahrfunktion und mehreren lastschaltbaren Gängen für den Verbrennungsfahrbetrieb auch mindestens zwei Gangstufen für einen reinen Elektrofahrbetrieb aufweist, sind gemäß der Erfindung ein bestimmter Aufbau des Schaltgetriebes sowie eine bestimmte Anordnung und antriebstechnische Einbindung des Überlagerungsgetriebes vorgesehen.
  • Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass die Eingangswelle des Schaltgetriebes über eine zwei Festräder umfassende Eingangskonstante mit der Vorgelegewelle in Triebverbindung ist, dass die Vorgelegewelle über mehrere jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassende schaltbare Stirnradstufen selektiv mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar ist, dass das Überlagerungsgetriebe am abtriebsseitigen Ende der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordnet ist, dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes mittels einer durch ein erstes Koppelschaltelement schaltbaren erste Eingangstriebstufe mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes in Triebverbindung bringbar sowie mittels eines Arretierungsschaltelements gehäusefest arretierbar ist, dass das zweite Eingangselement mittels einer zweiten Eingangstriebstufe mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung ist sowie mittels einer durch ein zweites Koppelschaltelement schaltbaren dritte Eingangstriebstufe mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes in Triebverbindung bringbar ist, und dass zwei beliebige Getriebeelemente des Überlagerungsgetriebes mittels eines Überbrückungsschaltelements drehfest miteinander verbindbar sind.
  • Durch das Schließen beziehungsweise Einrücken des ersten Koppelschaltelementes kann die mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbundene oder verbindbare Eingangswelle des Schaltgetriebes über die erste Eingangstriebstufe mit dem ersten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung gebracht werden, welches für die verschleißfreie Anfahrfunktion (EDA-Betrieb) erforderlich ist. Der Rotor der Elektromaschine steht über die zweite Eingangstriebstufe permanent mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung, welches einerseits für die verschleißfreie Anfahrfunktion (EDA-Betrieb) erforderlich ist und andererseits das Überlagerungsgetriebe in Verbindung mit dem Arretierungsschaltelement sowie dem Überbrückungsschaltelement als ein zweistufiges Schaltgetriebe für den Elektrofahrbetrieb nutzbar macht.
  • Durch das Schließen beziehungsweise Einrücken des zweiten Koppelschaltelementes kann die mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbundene oder verbindbare Eingangswelle des Schaltgetriebes zudem über die dritte Eingangstriebstufe mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung gebracht werden, wodurch das Überlagerungsgetriebe in Verbindung mit dem Arretierungsschaltelement und dem Überbrückungsschaltelement auch für den reinen Verbrennungsfahrbetrieb oder für den Hybridfahrbetrieb als ein zweistufiges Schaltgetriebe nutzbar ist.
  • Die Anzahl der für den Verbrennungsfahrbetrieb verfügbaren Gänge entspricht somit der Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes zuzüglich eines Direktgangs, welcher durch die unmittelbare Verbindung der Eingangswelle mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes schaltbar ist, sowie der beiden über die dritte Eingangstriebstufe und das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gänge. Aufgrund der unterschiedlichen Triebverbindungen zwischen dem Rotor der Elektromaschine beziehungsweise der Eingangswelle des Schaltgetriebes und dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes können die mittels des Arretierungsschaltelements und des Überbrückungsschaltelements schaltbaren Gangstufen für die Elektromaschine vorteilhaft andere Übersetzungen aufweisen als die entsprechenden Gänge für den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb.
  • Die über die Stirnradstufen und das Direktschaltelement schaltbaren Gänge des Schaltgetriebes sind lastschaltbar, da die Antriebslast während der Schaltvorgänge bei geöffnetem ersten Koppelschaltelement und geschlossenem Arretierungs- oder Überbrückungsschaltelement jeweils von der Elektromaschine übernommen werden kann. Im Elektrofahrbetrieb kann der Verbrennungsmotor zum Übergang in den Hybridfahrbetrieb oder in den Verbrennungsfahrbetrieb mit Ausnahme des über das jeweils andere Schaltelement des Überlagerungsgetriebes schaltbaren Gangs in jedem im Verbrennungsfahrbetrieb nutzbaren Gang zugeschaltet werden.
  • Mittels des zweiten Koppelschaltelements kann die Eingangswelle des Schaltgetriebes und damit die Triebwelle des Verbrennungsmotors abtriebsfrei mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung gebracht werden, wodurch im geöffneten beziehungsweise ausgerückten Zustand der übrigen Schaltelemente der Verbrennungsmotor mit der in diesem Fall als Motor betriebenen Elektromaschine gestartet sowie bei Fahrzeugstillstand durch die dann als Generator betriebene und von dem Verbrennungsmotor angetriebene Elektromaschine die Standladung eines elektrischen Energiespeichers durchgeführt werden kann.
  • Die erste Eingangstriebstufe, über welche die Eingangswelle des Schaltgetriebes beziehungsweise die Triebwelle des Verbrennungsmotors bei eingerücktem ersten Koppelschaltelement mit dem ersten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung steht, ist bevorzugt durch die Eingangswelle, die Eingangskonstante, die Vorgelegewelle und die abtriebsseitig äußere schaltbare Stirnradstufe des Schaltgetriebes gebildet, wobei das Losrad dieser abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe des Schaltgetriebes drehbar auf der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordnet sowie mittels des ersten Koppelschaltelements drehfest mit dem ersten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist. Bis auf das erste Koppelschaltelement werden für die erste Eingangstriebstufe somit nur vorhandene Getriebeelemente des Schaltgetriebes genutzt.
  • Die zusätzlich für die erste Eingangstriebstufe genutzte abtriebsseitig äußere Stirnradstufe des Schaltgetriebes weist vorzugsweise die zweithöchste Übersetzung aller schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes auf, da der Anfahrvorgang (EDA-Betrieb) dann unter Verkürzung des Motorbetriebs der Elektromaschine vorzeitig beendet werden kann, wenn an dem Schaltelement der schaltbaren Stirnradstufe mit der höchsten Übersetzung Synchronlauf erreicht ist und diese dann eingerückt wird.
  • Die Elektromaschine kann gemäß einer Ausführungsform koaxial über der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordnet sein. In diesem Fall ist die zweite Eingangstriebstufe, über welche der Rotor der Elektromaschine mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung steht, bevorzugt durch eine zwei Festräder umfassende erste Eingangskonstante, eine zweite Vorgelegewelle, und eine zwei Festräder umfassende zweite Eingangskonstante gebildet. Dabei ist das Antriebsrad der ersten Eingangskonstanten drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden, das Abtriebsrad der ersten Eingangskonstanten und das Antriebsrad der zweiten Eingangskonstanten drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle angeordnet, und das Abtriebsrad der zweiten Eingangskonstanten drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden.
  • Zur Einsparung von radialem Bauraum ist in diesem Fall zweckmäßig vorgesehen, dass die ohnehin vorhandene erste Vorgelegewelle des Schaltgetriebes als eine Hohlwelle ausgebildet ist, und dass die zweite Vorgelegewelle der zweiten Eingangstriebstufe koaxial innerhalb der ersten Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet ist
  • Alternativ dazu kann die Elektromaschine jedoch auch achsparallel neben der Ausgangswelle des Schaltgetriebes angeordnet sein. In diesem Fall ist die zweite Eingangstriebstufe, über welche der Rotor der Elektromaschine mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung steht, zur Erzielung einer hohen Übersetzung bevorzugt durch eine erste Eingangskonstante und eine dieser nachgeschaltete zweite Eingangskonstante gebildet, wobei das Eingangselement der ersten Eingangskonstanten drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist, das Ausgangselement der ersten Eingangskonstanten und das Eingangselement der zweiten Eingangskonstanten drehfest miteinander verbunden sind, und das Ausgangselement der zweiten Eingangskonstanten drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist.
  • Die erste Eingangskonstante der zweiten Eingangstriebstufe ist bevorzugt als eine einfache Planetengetriebestufe mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger, und einem Hohlrad ausgebildet, wobei das Sonnenrad das Eingangselement der ersten Eingangskonstanten bildet, das Hohlrad gehäusefest arretiert ist, und der Planetenträger das Ausgangselement der ersten Eingangskonstanten bildet. Mit dieser Bauweise der ersten Eingangskonstanten ist in Verbindung mit kompakten Abmessungen eine relativ hohe Übersetzung zwischen 2,5 und 5,0 erzielbar.
  • Die zweite Eingangskonstante der zweiten Eingangstriebstufe ist in diesem Fall bevorzugt als eine zwei Festräder umfassende Stirnradgetriebestufe ausgebildet, da die betreffenden Festräder beziehungsweise deren Außenverzahnungen Platz sparend in das Ausgangselement der ersten Eingangskonstanten und in das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes integriert werden können.
  • Die dritte Eingangstriebstufe, über welche die Eingangswelle des Schaltgetriebes beziehungsweise die Triebwelle des Verbrennungsmotors bei eingerücktem zweiten Koppelschaltelement mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung steht, ist bevorzugt durch die Eingangswelle, die Eingangskonstante, die Vorgelegewelle des Schaltgetriebes, sowie durch eine axial abtriebsseitige Stirnradstufe gebildet, wobei das Antriebsrad der abtriebsseitigen Stirnradstufe über das zweite Koppelschaltelement drehfest mit der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes verbindbar ist, und das Abtriebsrad der abtriebsseitigen Stirnradstufe drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist.
  • Wenn die zweite Eingangstriebstufe bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine über der Eingangswelle des Schaltgetriebes eine zweite Vorgelegewelle umfasst, und diese zweite Vorgelegewelle koaxial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet ist, kann die abtriebsseitige Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe vorteilhaft durch die zweite Eingangskonstante der zweiten Eingangstriebstufe gebildet sein, wobei das zweite Koppelschaltelement dann vorzugsweise zwischen der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes und der zweiten Vorgelegewelle der zweiten Eingangstriebstufe angeordnet ist.
  • Sofern die zweite Eingangstriebstufe dagegen eine separat angeordnete oder keine zweite Vorgelegewelle umfasst, wird die abtriebsseitige Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe vorzugsweise durch eine zusätzliche schaltbare Stirnradstufe mit einem Losrad und einem Festrad gebildet ist, wobei das Losrad drehbar auf der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet und mittels dem zweiten Koppelschaltelement drehfest mit dieser verbindbar ist, und das Festrad drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist.
  • Das Überlagerungsgetriebe ist bevorzugt als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet, dessen Sonnenrad das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes, dessen Hohlrad das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes und dessen Planetenträger das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bilden. Alternativ dazu sind natürlich auch andere Ausführungsformen von Planetengetrieben, wie zum Beispiel ein Doppelritzel-Planetengetriebe (Plusgetriebe), sowie eine andere antriebstechnische Einbindung des Überlagerungsgetriebes möglich, die gegenüber der genannten Ausbildung und Anordnung jedoch nicht unbedingt vorteilhafter sind.
  • Um die beiden über die dritte Eingangstriebstufe und das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gänge für den Verbrennungsfahrbetrieb und für den Hybridfahrbetrieb optimal nutzen zu können, sind die Standübersetzung des Planetengetriebes, die Übersetzungen der Eingangskonstanten und der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes, sowie die Übersetzung der abtriebsseitigen Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe mit Vorteil derart aufeinander abgestimmt, dass die über die dritte Eingangstriebstufe und das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gänge die zu einem schaltbaren Direktgang des Schaltgetriebes benachbarten Gänge bilden.
  • Die Schaltelemente des Schaltgetriebes und die beiden Koppelschaltelemente sind bevorzugt als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet, da die Schaltelemente des Schaltgetriebes mittels des Verbrennungsmotors und die beiden Koppelschaltelemente mittels der Elektromaschine oder des Verbrennungsmotors synchronisiert werden können. Gegenüber reibsynchronisierten Klauenkupplungen und Reibungskupplungen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, sind unsynchronisierte Klauenkupplungen einfacher aufgebaut, kostengünstiger herstellbar, sowie im Betrieb robuster und langlebiger.
  • Da das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement nur alternativ zueinander eingerückt werden, sind diese Schaltelemente bei einer Ausbildung als unsynchronisierte Klauenkupplungen vorzugsweise in einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Hierdurch wird Bauraum und ein Schaltaktuator eingespart.
  • Das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement können ebenfalls als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sein, da auch diese Schaltelemente mittels der Elektromaschine synchronisierbar sind. Nachteilig daran ist jedoch, dass die über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen beziehungsweise Gänge im Elektrofahrbetrieb und im Verbrennungsfahrbetrieb dann nicht lastschaltbar sind. Die dadurch auftretenden Zugkraftunterbrechungen oder Schubkraftunterbrechungen können aber dadurch abgeschwächt werden, dass der jeweilige Schaltvorgang in einer drehmomentschwachen Betriebsphase durchgeführt wird.
  • Um zumindest die Zugschaltungen zwischen den über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen beziehungsweise Gängen als Lastschaltungen durchführen zu können, kann auch vorgesehen sein, dass das Arretierungsschaltelement als eine unsynchronisierte Klauenkupplung und das Überbrückungsschaltelement als eine Reibungskupplung ausgebildet ist. Bei einer Zughochschaltung wird das Überbrückungsschaltelement so weit geschlossen, bis das zunächst eingerückte Arretierungsschaltelement weitgehend lastfrei ausgerückt werden kann. Danach wird das Überbrückungsschaltelement vollständig geschlossen. Bei einer Zugrückschaltung wird das zunächst vollständig geschlossene Überbrückungsschaltelement so weit geöffnet, bis das Sonnenrad des Planetengetriebes weitgehend stillsteht und das Arretierungsschaltelement lastfrei eingerückt werden kann. Danach wird das Überbrückungsschaltelement vollständig geöffnet.
  • Alternativ dazu können auch beide Schaltelemente, also das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement, als Reibungskupplungen ausgebildet sein, wodurch dann sowohl Zugschaltungen als auch Schubschaltungen zwischen den über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen beziehungsweise Gängen als Lastschaltungen durchführbar sind.
  • Zur Platz sparenden Anordnung und einfachen Zugänglichkeit ist bevorzugt vorgesehen, dass das Überbrückungsschaltelement antriebstechnisch zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Planetengetriebes angeordnet ist, und dass das erste Koppelschaltelement, das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement in dieser Reihenfolge axial benachbart zwischen dem Schaltelement der abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe des Schaltgetriebes und dem Abtriebsrad der abtriebsseitigen Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe angeordnet sind.
  • Bei der Ausbildung des Arretierungsschaltelementes und des Überbrückungsschaltelementes als unsynchronisierte Klauenkupplungen sind diese Schaltelemente bevorzugt in einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wodurch Bauraum und ein zusätzlicher Schaltaktuator eingespart sind.
  • Bei gerader Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes und der Ausbildung des Arretierungsschaltelementes sowie des Überbrückungsschaltelementes als unsynchronisierte Klauenkupplungen oder als Reibungskupplungen kann auch das erste Koppelschaltelement mit dem Schaltelement der abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe des Schaltgetriebes in einem Doppelschaltelement zusammengefasst sein.
  • Bei ungerader Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes bildet das erste Koppelschaltelement dagegen ein Einzelschaltelement, da die Schaltelemente des Schaltgetriebes dann paarweise in Doppelschaltelementen zusammengefasst sind.
  • Bei ungerader Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes und einer Ausbildung des Überbrückungsschaltelementes als Reibungskupplung kann dagegen das in diesem Fall als unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete Arretierungsschaltelement mit dem ersten Koppelschaltelement in einem Doppelschaltelement zusammengefasst sein.
  • Die Eingangswelle des Schaltgetriebes kann entweder unmittelbar drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbunden sein oder über eine als eine Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar sein.
  • Bei vorhandener Trennkupplung besteht einerseits die Möglichkeit eines konventionellen Anfahrens mit einem Schlupfbetrieb der Trennkupplung, die zum Beispiel dann genutzt werden kann, wenn die Elektromaschine oder deren Steuerung ausgefallen ist.
  • Auch kann der Verbrennungsmotor dann während des Elektrofahrbetriebs nach dem Einlegen eines Gangs des Schaltgetriebes mit einem Impulsstart durch das Schließen der Trennkupplung gestartet werden. Hierzu wird in dem Schaltgetriebe vorzugsweise der höchste Gang eingelegt, da das für den Startvorgang abgezweigte Drehmoment und der dadurch verursachte Drehmomentabfall im Antriebsstrang dann minimal sind. Zudem kann dadurch der Verbrennungsmotor bedarfsweise von der Eingangswelle des Schaltgetriebes abgekoppelt werden, und die übrigen schaltbaren Stirnradstufen sowie eine über das Direktschaltelement schaltbare Gangstufe können dann in Verbindung mit dem Schließen des zweiten Koppelschaltelementes zusätzlich für den Elektrofahrbetrieb genutzt werden.
  • Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
  • 1 eine erste Ausführungsform eines Hybridantriebgetriebes gemäß der Erfindung mit einem dreistufigen Schaltgetriebe und einem Planetengetriebe in einer schematischen Darstellung,
  • 1a ein Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes gemäß 1 in Form einer Tabelle,
  • 2 eine Weiterbildung des Hybridantriebgetriebes gemäß 1 in einer schematischen Darstellung,
  • 2a ein Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes gemäß 2 in Form einer Tabelle,
  • 3 eine zweite Ausführungsform eines Hybridantriebgetriebes gemäß der Erfindung mit einem vierstufigen Schaltgetriebe und einem Planetengetriebe in einer schematischen Darstellung,
  • 3a ein Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes gemäß 3 in Form einer Tabelle,
  • 4 eine Weiterbildung des Hybridantriebgetriebes gemäß 3 in einer schematischen Darstellung,
  • 4a ein Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes gemäß 4 in Form einer Tabelle,
  • 5 eine dritte Ausführungsform eines Hybridantriebgetriebes gemäß der Erfindung mit einem dreistufigen Schaltgetriebe in einer schematischen Darstellung, und
  • 5a ein Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes gemäß 5 in Form einer Tabelle.
  • Das in 1 schematisch dargestellte Hybridantriebgetriebe 1.1 umfasst ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes dreistufiges Schaltgetriebe 2.1 und ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe 3.
  • Das Schaltgetriebe 2.1 weist eine Eingangswelle 4, eine koaxial und axial benachbart zu dieser Eingangswelle 4 angeordnete Ausgangswelle 6, und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen 4, 6 angeordnete Vorgelegewelle 5.1 auf. Die Eingangswelle 4 ist antriebsseitig drehfest mit der Triebwelle 10 eines Verbrennungsmotors VM verbunden. Getriebeintern ist die Eingangswelle 4 über eine zwei Festräder 12, 13 umfassende Eingangskonstante KE mit der Vorgelegewelle 5.1 in Antriebsverbindung. Die Vorgelegewelle 5.1 ist als Hohlwelle ausgebildet und über zwei schaltbare Stirnradstufen Z1, Z2, deren Übersetzungen iZ1, iZ2 mit steigender Ordnungszahl abnehmen, selektiv mit der Ausgangswelle 6 in Triebverbindung bringbar. Die beiden Stirnradstufen Z1, Z2 bestehen jeweils aus einem drehfest auf der Vorgelegewelle 5.1 angeordneten Festrad 14, 16 und einem drehbar auf der Ausgangswelle 6 gelagerten sowie über jeweils ein zugeordnetes Schaltelement A, B drehfest mit dieser verbindbaren Losrad 15, 17. Die motornahe erste Stirnradstufe Z1 ist axial zwischen der Eingangskonstanten KE und der zweiten Stirnradstufe Z2 angeordnet. Über ein weiteres, als Direktschaltelement wirksames Schaltelement D sind die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 6 unmittelbar drehfest miteinander verbindbar. Die drei genannten Schaltelemente A, B, D des Schaltgetriebes 2.1 sind als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet. Das Schaltelement A der ersten Stirnradstufe Z1 und das Direktschaltelement D sind in einem ersten Doppelschaltelement S1 zusammengefasst.
  • Das Überlagerungsgetriebe 3 ist als ein einfaches Planetengetriebe PG mit einem Sonnenrad S, einem mehrere Planetenräder P tragenden Planetenträger T und einem Hohlrad R ausgebildet sowie koaxial über dem abtriebsseitigen Ende 20 der Ausgangswelle 6 angeordnet. Das Sonnenrad S des Planetengetriebes PG bildet das erste Eingangselement 7 des Überlagerungsgetriebes 3 und ist mit einem koaxial über der Ausgangswelle 6 angeordneten inneren Hohlwellenabschnitt 32 verbunden. Dieser radial innere Hohlwellenabschnitt 32 ist mittels eines ersten Koppelschaltelements E drehfest mit dem Losrad 17 der zweiten Stirnradstufe Z2 des Schaltgetriebes 2.1 verbindbar.
  • Die Eingangswelle 4, die Eingangskonstante KE, die Vorgelegewelle 5.1 und die zweite Stirnradstufe Z2 des Schaltgetriebes 2.1 bilden eine erste Eingangstriebstufe TE1, über welche die Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM durch das Einrücken des ersten Koppelschaltelementes E mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes PG in Triebverbindung bringbar ist. Die Übersetzung iTE1 der ersten Eingangstriebstufe TE1 ergibt sich demnach aus dem Produkt der Übersetzungen iKE, iZ2 der Eingangskonstanten KE und der zweiten Stirnradstufe Z2 des Schaltgetriebes 2.1 gemäß der Formel iTE1 = iKE·iZ2.
  • Das erste Koppelschaltelement E ist ebenfalls als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet und mit dem Schaltelement B der zweiten Stirnradstufe Z2 des Schaltgetriebes 2.1 in einem zweiten Doppelschaltelement S2 zusammengefasst. Mittels des ersten Koppelschaltelements E ist das Losrad 17 der zweiten Stirnradstufe Z2 wahlweise drehfest mit der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 oder mit dem inneren Hohlwellenabschnitt 32 beziehungsweise mit dem Sonnenrad S des Planetengetriebes PG verbindbar.
  • Das Hohlrad R des Planetengetriebes PG bildet das zweite Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3. Es weist einen koaxial über dem radial inneren Hohlwellenabschnitt 32 angeordneten radial äußeren Hohlwellenabschnitt 33 auf, der über eine zweite Eingangstriebstufe TE2 mit dem Rotor 11 einer koaxial über der Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 2.1 angeordneten Elektromaschine EM in Triebverbindung ist. Die zweite Eingangstriebstufe TE2 ist durch eine zwei Festräder 21, 22 umfassende erste Eingangskonstante KE1, eine zweite Vorgelegewelle 23 und eine zwei Festräder 24, 25 umfassende zweite Eingangskonstante KE2 gebildet. Dabei ist das Antriebsrad 21 der ersten Eingangskonstanten KE1 drehfest mit dem Rotor 11 der Elektromaschine EM verbunden, das Abtriebsrad 22 der ersten Eingangskonstanten KE1 und das Antriebsrad 24 der zweiten Eingangskonstanten KE2 drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle 23 angeordnet, und das Abtriebsrad 25 der zweiten Eingangskonstanten KE2 drehfest auf dem äußeren Hohlwellenabschnitt 33 des Hohlrades R angeordnet. Die zweite Vorgelegewelle 23 ist koaxial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle 5.1 des Schaltgetriebes 2.1 angeordnet.
  • Die Übersetzung iTE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 ergibt sich demnach aus dem Produkt der Übersetzungen iKE1, iKE2 der beiden Eingangskonstanten KE1, KE2 gemäß der Formel iTE2 = iKE1·iKE2. Der Planetenträger T des Planetengetriebes PG bildet das Ausgangselement 9 des Überlagerungsgetriebes 3 und ist unmittelbar drehfest mit der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 verbunden.
  • Das durch das Sonnenrad S des Planetengetriebes PG gebildete erste Eingangselement 7 des Überlagerungsgetriebes 3 ist mittels eines Arretierungsschaltelements G gehäusefest arretierbar und mittels eines Überbrückungsschaltelements H drehfest mit dem Hohlrad R des Planetengetriebes PG verbindbar. Das Arretierungsschaltelement G und das Überbrückungsschaltelement H sind vorliegend als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet, axial benachbart zwischen dem ersten Koppelschaltelement E und dem Abtriebsrad 25 der zweiten Eingangskonstanten KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 angeordnet, sowie in einem Doppelschaltelement SE zusammengefasst.
  • Die zweite Vorgelegewelle 23 ist wie erwähnt koaxial innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle 5.1 des Schaltgetriebes 2.1 angeordnet. Mittels eines zweiten Koppelschaltelementes F sind die Vorgelegewelle 5.1 des Schaltgetriebes 2.1 und die zweite Vorgelegewelle 23 drehfest miteinander verbindbar. Das zweite Koppelschaltelement F ist als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet und Bestandteil eines Einzelschaltelementes SK. Mittels des zweiten Koppelschaltelements F ist eine dritte Eingangstriebstufe TE3 schaltbar, welche die Eingangswelle 4, die Eingangskonstante KE und die Vorgelegewelle 5.1 des Schaltgetriebes 2.1 sowie die zweite Vorgelegewelle 23 und die zweite Eingangskonstante KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 umfasst. Über die dritte Eingangstriebstufe TE3 ist die Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM mit dem durch das Hohlrad R des Planetengetriebes PG gebildeten zweiten Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3 in Triebverbindung bringbar. Die Übersetzung iTE3 der dritten Eingangstriebstufe TE3 ergibt sich aus dem Produkt der Übersetzungen iKE, iKE2 der Eingangskonstanten KE des Schaltgetriebes 2.1 und der zweiten Eingangskonstanten KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 gemäß der Formel iTE3 = iKE·iKE2.
  • Durch das Einrücken des zweiten Koppelschaltelementes F kann auch eine abtriebsfreie Triebverbindung zwischen der Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 2.1 beziehungsweise der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM und dem Rotor 11 der Elektromaschine EM hergestellt werden, die im geöffneten beziehungsweise ausgerückten Zustand der übrigen Schaltelemente A, B, D, E, G, H zum Starten des Verbrennungsmotors VM mittels der Elektromaschine EM genutzt werden kann, und die bei Fahrzeugstillstand zur Standladung eines elektrischen Energiespeichers durch die dann als Generator betriebene und von dem Verbrennungsmotor VM angetriebene Elektromaschine EM eingesetzt werden kann.
  • Die Funktionsweise des Hybridantriebgetriebes gemäß 1 wird nachfolgend in Verbindung mit einem zugeordneten Betriebs- und Schaltschema erläutert, welches in der Tabelle der 1a angegeben ist. In der ersten Spalte der Tabelle sind die verschiedenen Betriebsarten des den Verbrennungsmotor VM, die Elektromaschine EM und das Hybridantriebgetriebe umfassenden Hybridantriebs angegeben. Hierin ist das bevorzugt bei Fahrzeugstillstand durchzuführende Laden eines elektrischen Energiespeichers durch die von dem Verbrennungsmotor VM angetriebene Elektromaschine EM mit dem Begriff Standladen bezeichnet. Das verschleißfreie Anfahren in einem EDA-Betrieb mit der Überlagerung der Drehmomente und Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM sowie der Elektromaschine EM in dem Überlagerungsgetriebe 3 ist in der Tabelle mit dem Begriff Anfahren bezeichnet. Der Elektrofahrbetrieb, bei dem das betreffende Kraftfahrzeug nur von der Elektromaschine EM angetrieben wird, ist in der Tabelle mit dem Begriff E-Fahren bezeichnet. Der Verbrennungsfahrbetrieb, bei dem das Kraftfahrzeug nur von dem Verbrennungsmotor VM angetrieben wird, ist in der Tabelle mit dem Begriff V-Fahren bezeichnet. Der Hybridfahrbetrieb, bei dem das Kraftfahrzeug gemeinsam von dem Verbrennungsmotor VM und der Elektromaschine EM angetrieben wird, ist in der Tabelle mit dem Begriff V + E-Fahren bezeichnet.
  • In der zweiten Spalte der Tabelle sind die im Verbrennungsfahrbetrieb und im Hybridfahrbetrieb genutzten Gänge G1, G2, G3, G4, G5 des Schaltgetriebes 2.1 und des Überlagerungsgetriebes 3 angegeben, die durch das selektive Einrücken der Schaltelemente A, B, D des Schaltgetriebes 2.1 sowie des zweiten Koppelschaltelementes F, des Arretierungsschaltelementes G und des Überbrückungsschaltelementes H eingelegt werden. Der jeweilige Schaltzustand dieser Schaltelemente A, B, D, F, G, H ist in der dritten bis fünften Spalte sowie in der siebten bis neunten Spalte der Tabelle angegeben, wobei der eingerückte Zustand eines Schaltelements jeweils mit einem Kreuz markiert ist. In der sechsten Spalte der Tabelle ist der Schaltzustand des ersten Koppelschaltelementes E angegeben, wobei der eingerückte Zustand dieses Schaltelementes E ebenfalls mit einem Kreuz markiert ist. In der drittletzten Spalte der Tabelle sind die im Elektrofahrbetrieb und im Hybridfahrbetrieb genutzten Gangstufen E1, E2 angegeben, welche durch das selektive Einrücken des Arretierungsschaltelementes G und des Überbrückungsschaltelementes H eingelegt werden.
  • In der vorletzten Spalte der Tabelle sind die Übersetzungen i der Gangstufen E1, E2 im Elektrofahrbetrieb, also zwischen dem Rotor 11 der Elektromaschine EM und der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1, sowie der Gänge G1, G2, G3, G4, G5 im Verbrennungsfahrbetrieb, also zwischen der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM und der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1, angegeben. In der letzten Spalte der Tabelle der 1a sind schließlich die Gangsprünge phi zwischen den Gangstufen E1, E2 beziehungsweise den Gängen G1, G2, G3, G4, G5 angegeben. Die Übersetzungen i und die Gangsprünge phi sind anhand der beispielhaft angenommenen Werte für die Standübersetzung i0 des Planetengetriebes PG, für die Übersetzung iKE der Eingangskonstanten KE und für die Übersetzungen iZ1, iZ2 der schaltbaren Stirnradstufen Z1, Z2 des Schaltgetriebes 2.1, sowie für die Übersetzungen iKE1, iKE2 der Eingangskonstanten KE1, KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 ermittelt, die in der Zeile unterhalb der Tabelle von 1a angegeben sind.
  • Beim Standladen eines elektrischen Energiespeichers, also bei stillstehendem Fahrzeug, wird nur das zweite Koppelschaltelement F eingerückt und damit über die Eingangswelle 4, die Eingangskonstante KE und die Vorgelegewelle 5.1 des Schaltgetriebes 2.1 sowie über die zweite Vorgelegewelle 23 und die erste Eingangskonstante KE1 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 eine abtriebsfreie Triebverbindung zwischen der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM und dem Rotor 11 der Elektromaschine EM hergestellt. Die in diesem Fall als Generator betriebene Elektromaschine EM wird dann ohne eine zu der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 bestehende Triebverbindung von dem Verbrennungsmotor VM angetrieben.
  • Beim verschleißfreien Anfahren (EDA-Betrieb) ist nur das erste Koppelschaltelement E eingerückt, wodurch die Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die erste Eingangstriebstufe TE1 an das als erstes Eingangselement 7 des Überlagerungsgetriebes 3 wirksame Sonnenrad S des Planetengetriebes PG angekoppelt ist. Der Rotor 11 der Elektromaschine EM steht permanent über die zweite Eingangstriebstufe TE2 mit dem als zweites Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3 wirksamen Hohlrad R des Planetengetriebes PG in Triebverbindung. Beim Anfahren wird die Elektromaschine EM bei weitgehend konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors VM zunächst im Generatorbetrieb mit ansteigendem Schleppmoment bis zum Erreichen des Rotorstillstands gesteuert und dann im Motorbetrieb mit umgekehrter Drehrichtung beschleunigt, bis an dem Schaltelement A der ersten Stirnradstufe Z1 Synchronlauf erreicht ist und diese eingerückt wird. Hierdurch wird ein längerer Motorbetrieb der Elektromaschine EM bis zum Erreichen des Synchronlaufs innerhalb des Planetengetriebes PG vermieden. Das aus der Überlagerung der Drehmomente und Drehzahlen des Verbrennungsmotors VM und der Elektromaschine EM resultierende Drehmoment sowie die daraus resultierende Drehzahl werden von dem das Ausgangselement 9 des Überlagerungsgetriebes 3 bildenden Planetenträger T des Planetengetriebes PG in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 übertragen.
  • Im Elektrofahrbetrieb, in dem das betreffende Kraftfahrzeug nur von der Elektromaschine EM angetrieben wird, ist nur das Arretierungsschaltelement G oder das Überbrückungsschaltelement H eingerückt. Das Überlagerungsgetriebe 3 ist dann als ein zweistufiges Schaltgetriebe wirksam. Bei eingelegter erster Übersetzungsstufe E1 ist das Arretierungsschaltelement G eingerückt, wodurch das Sonnenrad S des Planetengetriebes PG gehäusefest arretiert ist. Dadurch ergibt sich die Übersetzung iPG zwischen dem Hohlrad R des Planetengetriebes PG, welches über die zweite Eingangstriebstufe TE2 mit dem Rotor 11 der Elektromaschine EM in Triebverbindung steht, und dem Planetenträger T des Planetengetriebes PG gemäß der Formel iPG = 1·1/i0. Die Gesamtübersetzung iE1 der ersten Gangstufe E1 ergibt sich demzufolge nach der Formel iE1 = iKE1·iKE2·(1 – 1/i0).
  • Bei eingelegter zweiter Übersetzungsstufe E2 ist das Überbrückungsschaltelement H eingerückt, wodurch das Sonnenrad S drehfest mit dem Hohlrad R verbunden ist und das Planetengetriebe PG in sich blockiert umläuft. Dadurch ergibt sich die Übersetzung iPG zwischen dem Hohlrad R und dem Planetenträger T des Planetengetriebes PG mit dem Wert Eins (iPG = 1). Die Gesamtübersetzung iE2 der zweiten Gangstufe E2 ergibt sich demzufolge nach der Formel iE2 = iKE1·iKE2. Aufgrund der Ausbildung des Arretierungsschaltelementes G und des Überbrückungsschaltelementes H als unsynchronisierte Klauenkupplungen sind die Gangwechsel zwischen den Gangstufen E1, E2 des Überlagerungsgetriebes 3 allerdings nicht als Lastschaltungen durchführbar. Die dadurch auftretenden Zug- oder Schubkraftunterbrechungen können aber dadurch abgeschwächt werden, dass die Schaltvorgänge jeweils in einer drehmomentschwachen Betriebsphase durchgeführt werden.
  • Im Verbrennungsfahrbetrieb, in dem das Kraftfahrzeug nur von dem Verbrennungsmotor VM angetrieben wird, ist jeweils nur eines der Schaltelemente A, B, D des Schaltgetriebes 2.1, oder das zweite Koppelschaltelement F und das Arretierungsschaltelement G, oder das Überbrückungsschaltelement H eingerückt. Bei eingelegtem ersten Gang G1 ist das Schaltelement A der ersten Stirnradstufe Z1 eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die Eingangswelle 4, die Eingangskonstante KE, die Vorgelegewelle 5.1 und die erste Stirnradstufe Z1 in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 erfolgt. Die Übersetzung des Schaltgetriebes 2.1 im ersten Gang G1 ergibt sich demzufolge aus der Formel iG1 = iKE·iZ1.
  • Bei eingelegtem zweiten Gang G2 ist das Schaltelement B der zweiten Stirnradstufe Z2 eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die Eingangswelle 4, die Eingangskonstante KE, die Vorgelegewelle 5.1 und die zweite Stirnradstufe Z2 in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 erfolgt. Die Übersetzung des Schaltgetriebes 2.1 im zweiten Gang G2 ergibt sich demzufolge nach der Formel iG2 = iKE·iZ2.
  • Bei eingelegtem dritten Gang G3 sind das zweite Koppelschaltelement F und das Arretierungsschaltelement G eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die dritte Eingangstriebstufe TE3 sowie das Hohlrad R und den Planetenträger T des Planetengetriebes PG in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 erfolgt. Die Übersetzung des Hybridantriebgetriebes 1.1 im dritten Gang G3 ergibt sich somit nach der Formel iG3 = iKE·iKE2·(1 – 1/i0).
  • Der vierte Gang G4 ist vorliegend als Direktgang mit der Übersetzung mit dem Wert Eins ausgelegt (iG4 = 1) und wird durch das Einrücken des Direktschaltelementes D eingelegt. In diesem Fall verläuft der Kraftfluss von der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die Eingangswelle 4 unmittelbar in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1.
  • Bei eingelegtem fünften Gang G5 sind das zweite Koppelschaltelement F und das Überbrückungsschaltelement H eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM über die dritte Eingangstriebstufe TE3 sowie das in sich blockierte Planetengetriebe PG in die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 erfolgt. Die Übersetzung des Hybridantriebgetriebes 1.1 im fünften Gang G5 ergibt sich somit nach der Formel iG5 = iKE·iKE2. Die Gangwechsel zwischen den Gängen G1, G2, G3, G4, G5 des Schaltgetriebes 2.1 und des Überlagerungsgetriebes 3 sind als Lastschaltungen durchführbar, da bei eingelegter Gangstufe E1 oder E2 des Überlagerungsgetriebes 3 die Antriebslast während der Schaltvorgänge jeweils von der Elektromaschine EM übernommen werden kann.
  • Im Hybridfahrbetrieb, in dem das Kraftfahrzeug gemeinsam von dem Verbrennungsmotor VM und der Elektromaschine EM angetrieben wird, ist jeweils eines der Schaltelemente A, B, D des Schaltgetriebes 2.1 sowie das Arretierungsschaltelement G oder das Überbrückungsschaltelement H, teilweise auch das zweite Koppelschaltelement F eingerückt. Da in der ersten Gangstufe E1 der Elektromaschine EM und im dritten Gang G3 des Verbrennungsmotors VM jeweils das Arretierungsschaltelement G eingerückt ist, ist die Elektromaschine EM vorzugsweise bis zum dritten Gang G3 des Verbrennungsmotors VM in der ersten Gangstufe E1 an die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 angekoppelt. Im vierten und fünften Gang G4, G5 des Verbrennungsmotors VM ist die Elektromaschine EM dagegen in der zweiten Gangstufe E2 an die Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1 angekoppelt. Da der über das Direktschaltelement D schaltbare vierte Gang G4 mit seiner Übersetzung iG4 zwischen den Übersetzungen iG3, iG5 der über das Überlagerungsgetriebe 3 schaltbaren Gänge G3, G5 liegt, kann der Verbrennungsmotor VM während der Umschaltung zwischen den beiden Gangstufen E1, E2 des Elektromotors EM die Antriebslast in diesem Gang übernehmen, so dass die Umschaltung ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform des Schaltgetriebes 2.1 gemäß 1 ist das Rückwärts-Anfahren nur durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine EM mit umgekehrter Drehrichtung in Verbindung mit einer eingelegten Gangstufe E1, E2 des Überlagerungsgetriebes 3 möglich. Um das Rückwärts-Anfahren auch im EDA-Betrieb zu ermöglichen, müsste das Schaltgetriebe 2.1 zusätzlich eine schaltbare Umkehrstufe aufweisen.
  • Das in 2 schematisch abgebildete Hybridantriebgetriebe 1.1’ unterscheidet sich von dem Hybridantriebgetriebes 1.1 gemäß 1 dadurch, dass das Arretierungsschaltelement G’ und das Überbrückungsschaltelement H’ nun als Reibungskupplungen ausgebildet sind, und dass die Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 2.1 nun über eine als Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung K mit der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM verbindbar ist.
  • Das Arretierungsschaltelement G’ und das Überbrückungsschaltelement H’ sind wie zuvor axial benachbart zwischen dem ersten Koppelschaltelement E und dem Abtriebsrad 25 der zweiten Eingangskonstanten KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 angeordnet. Durch die Ausbildung dieser Schaltelemente G’, H’ als Reibungskupplungen können nun im Elektrofahrbetrieb Zug- und Schubschaltungen zwischen den elektromotorisch fahrbaren Gangstufen E1, E2 als Lastschaltungen durchgeführt werden.
  • Die Trennkupplung K ermöglicht im Schlupfbetrieb das konventionelle Anfahren in einem Anfahrgang des Schaltgetriebes 2.1, was zum Beispiel bei einem leeren elektrischen Energiespeicher oder bei einem Defekt an der Elektromaschine EM oder deren Steuerung genutzt werden kann. Zum verschleißfreien Anfahren (EDA-Betrieb) und für den Verbrennungsfahrbetrieb sowie den Hybridfahrbetrieb muss die Trennkupplung K jedoch zur Ankopplung des Verbrennungsmotors VM geschlossen werden.
  • Gegenüber einer unmittelbaren drehfesten Verbindung der Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 2.1 mit der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM ermöglicht die Trennkupplung K im Elektrofahrbetrieb auch das Starten des Verbrennungsmotors VM mit einem Impulsstart. Hierzu wird im Elektrofahrbetrieb zunächst eines der Schaltelemente A, B, D des Schaltgetriebes 2.1 oder das zweite Koppelschaltelement F eingerückt, bevorzugt das Schaltelement, mit dem die niedrigste Übersetzung geschaltet wird, bevor die bedarfsweise zuvor geöffnete Trennkupplung K relativ schnell geschlossen wird.
  • Das zugeordnete Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes 1.1’ gemäß 2 ist in der um eine Spalte für den Schalt- bzw. Betriebszustand der Trennkupplung K erweiterten Tabelle der 2a angegeben.
  • Eine in 3 schematisch abgebildete zweite Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Hybridantriebgetriebes 1.2 unterscheidet sich von dem Hybridantriebgetriebe 1.1 gemäß 1 dadurch, dass das Schaltgetriebe 2.2 durch eine zusätzliche dritte schaltbare Stirnradstufe Z3 nun vierstufig ausgeführt ist. Die dritte Stirnradstufe Z3 besteht aus einem drehfest auf der Vorgelegewelle 5.1’ angeordneten Festrad 18 und einem drehbar auf der Ausgangswelle 6 gelagerten sowie mittels eines zugeordneten Schaltelements C drehfest mit dieser verbindbaren Losrad 19. Die dritte Stirnradstufe Z3 ist innerhalb des Schaltgetriebes 2.2 axial zwischen der Eingangskonstanten KE und der ersten Stirnradstufe Z1 angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung sind nun das Schaltelement C der dritten Stirnradstufe Z3 und das Direktschaltelement D in einem ersten Doppelschaltelement S1’ sowie die Schaltelemente A, B der ersten Stirnradstufe Z1 und der zweiten Stirnradstufe Z2 in einem zweiten Doppelschaltelement S2’ zusammengefasst. Das erste Koppelschaltelement E ist demzufolge nun Bestandteil eines Einzelschaltelementes S3.
  • Das zugeordnete Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes 1.2 gemäß 3 ist in der um eine Spalte für das Schaltelement C der dritten Stirnradstufe Z3 erweiterten Tabelle der 3a angegeben. Für die Übersetzung iZ3 der dritten Stirnradstufe Z3 ist beispielhaft ein extrem niedriger Wert angenommen worden, so dass der über das zugeordnete Schaltelement C schaltbare Gang den höchsten Gang G6 bildet.
  • Das in 4 schematisch abgebildete Hybridantriebgetriebe 1.2’ unterscheidet sich von dem Hybridantriebgetriebe 1.2 gemäß 3 dadurch, dass das Überbrückungsschaltelement H’ nun als eine Reibungskupplung ausgebildet ist, und dass die Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 2.2 hier über eine als Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung K mit der Triebwelle 10 des Verbrennungsmotors VM verbindbar ist.
  • Das Überbrückungsschaltelement H’ ist nun axial zwischen dem Abtriebsrad 25 der zweiten Eingangskonstanten KE2 der zweiten Eingangstriebstufe TE2 und dem Planetengetriebe PG angeordnet. Durch die Ausbildung dieses Schaltelementes H’ als Reibungskupplung können im Elektrofahrbetrieb zumindest Zugschaltungen zwischen den Gangstufen E1, E2 für den Elektrofahrbetrieb als Lastschaltungen durchgeführt werden. Bei einer Zughochschaltung wird das Überbrückungsschaltelement H’ so weit geschlossen, bis das zunächst eingerückte Arretierungsschaltelement G weitgehend lastfrei ausgerückt werden kann. Danach wird das Überbrückungsschaltelement H’ vollständig geschlossen. Bei einer Zugrückschaltung wird das zunächst vollständig geschlossene Überbrückungsschaltelement H’ so weit geöffnet, bis das Sonnenrad S des Planetengetriebes PG weitgehend stillsteht und das Arretierungsschaltelement G lastfrei eingerückt werden kann. Danach wird das Überbrückungsschaltelement H’ vollständig geöffnet.
  • Aufgrund der Ausbildung des Überbrückungsschaltelementes H’ als Reibungskupplung ist das weiterhin als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete Arretierungsschaltelement G nun mit dem ersten Koppelschaltelement E des Schaltgetriebes 2.2 in einem dritten Doppelschaltelement S3’ zusammengefasst. Die mögliche Nutzung der Trennkupplung K entspricht der zuvor für das Hybridantriebgetriebe 1.1’ gemäß 2 angegebenen Erläuterungen.
  • Das zugeordnete Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes 1.2’ gemäß 4 ist in der um eine Spalte für den Schalt- bzw. Betriebszustand der Trennkupplung K erweiterten Tabelle der 4a angegeben.
  • Die in 5 schematisch abgebildete dritte Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Hybridantriebgetriebes 1.3 unterscheidet sich von dem Hybridantriebgetriebe 1.1 gemäß 1 durch eine nun achsparallele Anordnung der Elektromaschine EM’ neben der Ausgangswelle 6 des Schaltgetriebes 2.1’ sowie den daraus resultierenden unterschiedlichen Ausführungen der zweiten Eingangstriebstufe TE2’ zur Ankopplung der Elektromaschine EM’ und der dritten Eingangstriebstufe TE3’ zur Ankopplung des Verbrennungsmotors VM an das zweite Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3.
  • Die zweite Eingangstriebstufe TE2’ ist nun durch eine erste Eingangskonstante KE1’ und eine zweite Eingangskonstante KE2’ gebildet, wobei das Eingangselement 26 der ersten Eingangskonstanten KE1’ drehfest mit dem Rotor 11’ der Elektromaschine EM’ verbunden ist, das Ausgangselement 27 der ersten Eingangskonstanten KE1’ sowie das Eingangselement 28 der zweiten Eingangskonstanten KE2’ drehfest miteinander verbunden sind, und bei der das Ausgangselement 29 der zweiten Eingangskonstanten KE2’ drehfest mit dem zweiten Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3, also mit dem Hohlrad R des Planetengetriebes PG verbunden ist.
  • Die erste Eingangskonstante KE1’ der zweiten Eingangstriebstufe TE2’ ist als eine einfache Planetengetriebestufe PG’ mit einem Sonnenrad S’, einem mehrere Planetenräder P’ tragenden Planetenträger T’ und einem Hohlrad R’ ausgebildet. Dabei ist das Sonnenrad S’ das Eingangselement 26 der ersten Eingangskonstanten KE1’, das Hohlrad R’ ist gehäusefest arretiert, und der Planetenträger T’ bildet das Ausgangselement 27 der ersten Eingangskonstanten KE1’. Durch diese Ausbildung der ersten Eingangskonstanten KE1’ ist eine relativ hohe Übersetzung iKE1’ realisierbar, welche die Verwendung einer hochdrehenden sowie relativ drehmomentschwachen und somit kompakten sowie leichten Elektromaschine EM’ ermöglicht. Mit der Standübersetzung i0’ ergibt sich die Übersetzung iKE1’ der ersten Eingangskonstanten KE1’ nach der Formel iKE1’ = 1 – i0’.
  • Die zweite Eingangskonstante KE2’ der zweiten Eingangstriebstufe TE2’ ist als eine zwei Festräder 28, 29 umfassende Stirnradgetriebestufe ausgebildet, wobei das Antriebsrad 28 als ein außenverzahntes Hohlrad ausgebildet und drehfest mit dem Planetenträger T’ der Planetengetriebestufe PG’ verbunden ist. Das Abtriebsrad 29 ist ebenfalls als ein außenverzahntes Hohlrad ausgebildet und drehfest mit dem Hohlrad R des Planetengetriebes PG verbunden. Die Gesamtübersetzung iTE2’ der zweiten Eingangstriebstufe TE2’ ergibt sich demnach aus dem Produkt der Übersetzungen iKE1’, iKE2’ der beiden Eingangskonstanten KE1’, KE2’ gemäß der Formel iTE2’ = iKE1’·iKE2’ = (1 – i0’)·iKE2’.
  • Die abtriebsseitige Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe TE3’ ist nun durch eine zusätzliche schaltbare Stirnradstufe ZE gebildet, welche aus einem Losrad 30 und einem Festrad 31 besteht. Das Losrad 30 dieser Stirnradstufe ZE ist drehbar auf der jetzt als Vollwelle ausgebildeten Vorgelegewelle 5.2 des Schaltgetriebes 2.1’ angeordnet und über das zweite Koppelschaltelement F’ drehfest mit dieser verbindbar. Das Koppelschaltelement F’ ist hier als Einzelschaltelement SK’ ausgebildet. Das Festrad 31 dieser Stirnradstufe ZE ist drehfest auf dem radial äußeren Hohlwellenabschnitt 33 des Hohlrades R angeordnet und somit drehfest mit dem zweiten Eingangselement 8 des Überlagerungsgetriebes 3 verbunden. Die Übersetzung iTE3’ der dritten Eingangstriebstufe TE3’ ergibt sich demnach aus dem Produkt der Übersetzungen iKE, iZE der Eingangskonstanten KE des Schaltgetriebes 2.1’ und der schaltbaren Stirnradstufe ZE gemäß der Formel iTE3’ = iKE·iZE.
  • Das in der Tabelle der 5a angegebene Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebgetriebes 1.3 gemäß 5 ist weitgehend identisch zu demjenigen des Hybridantriebgetriebes 1.1 gemäß 1. Aufgrund der in der Zeile unterhalb der Tabelle von 5a beispielhaft angegebenen Werte für die Standübersetzung i0’ der Planetengetriebestufe PG’ und der Übersetzung iKE2’ der Stirnradgetriebestufe KE2’ weisen die Gangstufen E1, E2 für den Elektrofahrbetrieb nun jedoch deutlich höhere Übersetzungen iE1, iE2 auf. Da die Übersetzung iZE der schaltbaren Stirnradstufe ZE vorliegend beispielhaft identisch zu der Übersetzung iKE2 der zweiten Eingangskonstanten KE2 des Hybridantriebgetriebes 1.1 gemäß 1 angenommen wurde, sind die Übersetzungen iG3, iG5 der über das zweite Koppelschaltelement F, F’ und das Überlagerungsgetriebe 3 schaltbaren Gänge G3, G5 für den Verbrennungsmotor VM jedoch bei beiden Ausführungen des Hybridantriebgetriebes 1.1, 1.3 identisch.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.1, 1.1’
    Hybridantriebgetriebe (erste Ausführungsform)
    1.2, 1.2’
    Hybridantriebgetriebe (zweite Ausführungsform)
    1.3
    Hybridantriebgetriebe (dritte Ausführungsform)
    2.1, 2.1’
    Schaltgetriebe (erste Ausführungsform)
    2.2
    Schaltgetriebe (zweite Ausführungsform)
    3
    Überlagerungsgetriebe
    4
    Eingangswelle
    5.1, 5.1’
    Vorgelegewelle (erste Ausführungsform)
    5.2
    Vorgelegewelle (zweite Ausführungsform)
    6
    Ausgangswelle
    7
    Erstes Eingangselement
    8
    Zweites Eingangselement
    9
    Ausgangselement
    10
    Triebwelle von Verbrennungsmotor VM
    11
    Rotor von Elektromaschine EM
    11’
    Rotor von Elektromaschine EM’
    12
    Festrad, Antriebsrad von Eingangskonstante KE
    13
    Festrad, Abtriebsrad von Eingangskonstante KE
    14
    Festrad von Stirnradstufe Z1
    15
    Losrad von Stirnradstufe Z1
    16
    Festrad von Stirnradstufe Z2
    17
    Losrad von Stirnradstufe Z2
    18
    Festrad von Stirnradstufe Z3
    19
    Losrad von Stirnradstufe Z3
    20
    Abtriebsseitiges Ende der Ausgangswelle 6
    21
    Festrad, Antriebsrad von Eingangskonstante KE1
    22
    Festrad, Abtriebsrad von Eingangskonstante KE1
    23
    Zweite Vorgelegewelle
    24
    Festrad, Antriebsrad von Eingangskonstante KE2
    25
    Festrad, Abtriebsrad von Eingangskonstante KE2
    26
    Eingangselement von Eingangskonstante KE1’
    27
    Ausgangselement von Eingangskonstante KE1’
    28
    Eingangselement, Antriebsrad von Eingangskonstante KE2’
    29
    Ausgangselement, Abtriebsrad von Eingangskonstante KE2’
    30
    Losrad, Antriebsrad von Stirnradstufe ZE
    31
    Festrad, Abtriebsrad von Stirnradstufe ZE
    32
    Radial innerer Hohlwellenabschnitt
    33
    Radial äußerer Hohlwellenabschnitt
    A
    Schaltelement von Stirnradstufe Z1
    B
    Schaltelement von Stirnradstufe Z2
    C
    Schaltelement von Stirnradstufe Z3
    D
    Schaltelement, Direktschaltelement
    E
    Erstes Koppelschaltelement
    E1, E2
    Gangstufen für elektromotorischen Antrieb
    EDA
    Elektrodynamisches Antriebssystem
    EM, EM’
    Elektromaschine
    F, F’
    Zweites Koppelschaltelement
    G, G’
    Arretierungsschaltelement
    G1–G6
    Gänge für verbrennungsmotorischen Antrieb
    H, H’
    Überbrückungsschaltelement
    i
    Gangübersetzung
    i0
    Standübersetzung von Planetengetriebe PG
    i0’
    Standübersetzung von Planetengetriebe PG’
    iE1
    Übersetzung von Gangstufe E1
    iE2
    Übersetzung von Gangstufe E2
    iG1
    Übersetzung von Gang G1
    iG2
    Übersetzung von Gang G2
    iG3
    Übersetzung von Gang G3
    iG4
    Übersetzung von Gang G4
    iG5
    Übersetzung von Gang G5
    iG6
    Übersetzung von Gang G6
    iKE
    Übersetzung von Eingangskonstante KE
    iKE1
    Übersetzung von Eingangskonstante KE1
    iKE1’
    Übersetzung von Eingangskonstante KE1’
    iKE2
    Übersetzung von Eingangskonstante KE2
    iKE2’
    Übersetzung von Eingangskonstante KE2’
    iPG
    Übersetzung von Planetengetriebe PG
    iTE1
    Übersetzung von Eingangstriebstufe TE1
    iTE2
    Übersetzung von Eingangstriebstufe TE2
    iTE2’
    Übersetzung von Eingangstriebstufe TE2’
    iTE3
    Übersetzung von Eingangstriebstufe TE3
    iTE3’
    Übersetzung von Eingangstriebstufe TE3’
    iZ1
    Übersetzung von Stirnradstufe Z1
    iZ2
    Übersetzung von Stirnradstufe Z2
    iZ3
    Übersetzung von Stirnradstufe Z3
    iZE
    Übersetzung von Stirnradstufe ZE
    K
    Trennkupplung, Reibungskupplung
    KE
    Eingangskonstante
    KE1, KE1’
    Erste Eingangskonstante
    KE2, KE2’
    Zweite Eingangskonstante
    P, P’
    Planetenrad von Planetengetriebe PG, PG’
    PG
    Planetengetriebe
    PG’
    Planetengetriebestufe
    phi
    Gangsprung
    R, R’
    Hohlrad von Planetengetriebe PG, PG’
    S, S’
    Sonnenrad von Planetengetriebe PG, PG’
    S1
    Doppelschaltelement
    S1’
    Doppelschaltelement
    S2
    Doppelschaltelement
    S2’
    Doppelschaltelement
    S3
    Einzelschaltelement
    S3’
    Doppelschaltelement
    SE
    Doppelschaltelement
    SK, SK’
    Einzelschaltelement
    T, T’
    Planetenträger von Planetengetriebe PG, PG’
    TE1
    Erste Eingangstriebstufe
    TE2, TE2’
    Zweite Eingangstriebstufe
    TE3, TE3’
    Dritte Eingangstriebstufe
    VM
    Verbrennungsmotor
    Z1
    Erste Stirnradstufe
    Z2
    Zweite Stirnradstufe
    Z3
    Dritte Stirnradstufe
    ZE
    Stirnradstufe
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Claims (23)

  1. Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe (2.1, 2.1’, 2.2), welches eine Eingangswelle (4), eine koaxial sowie axial benachbart zu dieser Eingangswelle (4) angeordnete Ausgangswelle (6), und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen (4, 6) angeordnete Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) aufweist, und mit einem in Planetenbauweise ausgeführten sowie koaxial über der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) angeordneten Überlagerungsgetriebe (3), welches ein mit der Triebwelle (10) eines Verbrennungsmotors (VM) verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement (7), ein mit dem Rotor (11) einer Elektromaschine (EM, EM’) in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement (8), und ein mit der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) drehfest verbundenes Ausgangselement (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) über eine zwei Festräder (12, 13) umfassende Eingangskonstante (KE) mit der Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) in Triebverbindung ist, dass die Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) über mehrere jeweils ein Festrad (14, 16, 18) und ein Losrad (15, 17, 19) umfassende schaltbare Stirnradstufen (Z1, Z2, Z3) selektiv mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung bringbar ist, dass das Überlagerungsgetriebe (3) am abtriebsseitigen Ende (20) der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) angeordnet ist, dass das erste Eingangselement (7) des Überlagerungsgetriebes (3) mittels einer durch ein erstes Koppelschaltelement (E) schaltbaren erste Eingangstriebstufe (TE1) mit der Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes in Triebverbindung bringbar sowie mittels eines Arretierungsschaltelements (G, G’) gehäusefest arretierbar ist, dass das zweite Eingangselement (8) mittels einer zweiten Eingangstriebstufe (TE2, TE2’) mit dem Rotor (11, 11’) der Elektromaschine (EM, EM’) in Triebverbindung ist sowie mittels einer durch ein zweites Koppelschaltelement (F, F’) schaltbaren dritte Eingangstriebstufe (TE3, TE3’) mit der Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) in Triebverbindung bringbar ist, und dass zwei beliebige Getriebeelemente (7, 8, 9) des Überlagerungsgetriebes (3) mittels eines Überbrückungsschaltelements (H, H’) drehfest miteinander verbindbar sind.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangstriebstufe (TE1) durch die Eingangswelle (4), die Eingangskonstante (KE), die Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) und die abtriebsseitig äußere schaltbare Stirnradstufe (Z2) des Schaltgetriebes gebildet ist, wobei das Losrad (17) der abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe (Z2) des Schaltgetriebes drehbar auf der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) angeordnet sowie mittels des ersten Koppelschaltelement (E) drehfest mit dem ersten Eingangselement (7) des Überlagerungsgetriebes (3) verbindbar ist.
  3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitig äußere Stirnradstufe (Z2) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) die zweithöchste Übersetzung (iZ2) aller schaltbaren Stirnradstufen (Z1, Z2, Z3) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) aufweist.
  4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) koaxial über der Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.2) angeordnet ist, und dass die zweite Eingangstriebstufe (TE2) durch eine zwei Festräder (21, 22) umfassende erste Eingangskonstante (KE1), eine zweite Vorgelegewelle (23), und eine zwei Festräder (24, 25) umfassende zweite Eingangskonstante (KE2) gebildet ist, wobei das Antriebsrad (21) der ersten Eingangskonstanten (KE1) drehfest mit dem Rotor (11) der Elektromaschine (EM) verbunden ist, das Abtriebsrad (22) der ersten Eingangskonstanten (KE1) und das Antriebsrad (24) der zweiten Eingangskonstanten (KE2) drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle (23) angeordnet sind, und das Abtriebsrad (25) der zweiten Eingangskonstanten (KE2) drehfest mit dem zweiten Eingangselement (8) des Überlagerungsgetriebes (3) verbunden ist.
  5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgelegewelle (5.1, 5.1’) des Schaltgetriebes (2.1, 2.2) als eine Hohlwelle ausgebildet ist, und dass die zweite Vorgelegewelle (23) der zweiten Eingangstriebstufe (TE2) koaxial innerhalb der Vorgelegewelle (5.1, 5.1’) des Schaltgetriebes (2.1, 2.2) angeordnet ist.
  6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM’) achsparallel neben der Ausgangswelle (6) des Schaltgetriebes (2.1’) angeordnet ist, und dass die zweite Eingangstriebstufe (TE2’) durch eine erste Eingangskonstante (KE1’) und eine dieser nachgeschaltete zweite Eingangskonstante (KE2’) gebildet ist, wobei das Eingangselement (26) der ersten Eingangskonstanten (KE1’) drehfest mit dem Rotor (11’) der Elektromaschine (EM’) verbunden ist, das Ausgangselement (27) der ersten Eingangskonstanten (KE1’) und das Eingangselement (28) der zweiten Eingangskonstanten (KE2’) drehfest miteinander verbunden sind, und das Ausgangselement (29) der zweiten Eingangskonstanten (KE2’) drehfest mit dem zweiten Eingangselement (8) des Überlagerungsgetriebes (3) verbunden ist.
  7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangskonstante (KE1’) der zweiten Eingangstriebstufe (TE2’) als eine einfache Planetengetriebestufe (PG’) mit einem Sonnenrad (S’), einem mehrere Planetenräder (P’) tragenden Planetenträger (T’), und einem Hohlrad (R’) ausgebildet ist, wobei das Sonnenrad (S’) das Eingangselement (26) der ersten Eingangskonstanten (KE1’) bildet, das Hohlrad (R’) gehäusefest arretiert ist, und der Planetenträger (T’) das Ausgangselement (27) der ersten Eingangskonstanten (KE1’) bildet.
  8. Getriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangskonstante (KE2’) der zweiten Eingangstriebstufe (TE2’) als eine zwei Festräder (28, 29) umfassende Stirnradgetriebestufe ausgebildet ist.
  9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Eingangstriebstufe (TE3, TE3’) durch die Eingangswelle (4), die Eingangskonstante (KE), die Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2), sowie durch eine axial abtriebsseitige Stirnradstufe (KE2, ZE) gebildet ist, wobei das Antriebsrad (24, 30) der abtriebsseitigen Stirnradstufe (KE2, ZE) über das zweite Koppelschaltelement (F, F’) drehfest mit der Vorgelegewelle (5.1, 5.1’, 5.2) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) verbindbar ist, und das Abtriebsrad (25, 31) der abtriebsseitigen Stirnradstufe (KE2, ZE) drehfest mit dem zweiten Eingangselement (8) des Überlagerungsgetriebes (3) verbunden ist.
  10. Getriebe nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe (TE3) durch die zweite Eingangskonstante (KE2) der zweiten Eingangstriebstufe (TE2) gebildet ist, und dass das zweite Koppelschaltelement (F) zwischen der Vorgelegewelle (5.1, 5.1’) des Schaltgetriebes (2.1, 2.2) und der zweiten Vorgelegewelle (23) der zweiten Eingangstriebstufe (TE2) angeordnet ist.
  11. Getriebe nach einem der Ansprüche 4 oder 6 bis 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitige Stirnradstufe der dritten Eingangstriebstufe (TE3’) durch eine zusätzliche schaltbare Stirnradstufe (ZE) mit einem Losrad (30) und einem Festrad (31) gebildet ist, wobei das Losrad (30) drehbar auf der Vorgelegewelle (5.2) des Schaltgetriebes (2.1’) angeordnet sowie über das zweite Koppelschaltelement (F’) drehfest mit dieser verbindbar ist, und das Festrad (31) drehfest mit dem zweiten Eingangselement (8) des Überlagerungsgetriebes (3) verbunden ist.
  12. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (3) als ein einfaches Planetengetriebe (PG) mit einem Sonnenrad (S), einem mehrere Planetenräder (P) tragenden Planetenträger (T), und einem Hohlrad (R) ausgebildet ist, dessen Sonnenrad (S) das erste Eingangselement (7) des Überlagerungsgetriebes (3), dessen Hohlrad (R) das zweite Eingangselement (8) des Überlagerungsgetriebes (3), und dessen Planetenträger (T) das Ausgangselement (9) des Überlagerungsgetriebes (3) bilden.
  13. Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Standübersetzung (i0) des Planetengetriebes (PG), die Übersetzungen (iKE, iZ1, iZ2, iZ3) der Eingangskonstanten (KE) und der schaltbaren Stirnradstufen (Z1, Z2, Z3) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2), sowie die Übersetzung (iKE2, iZE) der abtriebsseitigen Stirnradstufe (KE2, ZE) der dritten Eingangstriebstufe (TE3, TE3’) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die über die dritte Eingangstriebstufe (TE3, TE3’) und das Überlagerungsgetriebe (3) schaltbaren Gänge die zu einem schaltbaren Direktgang (G4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) benachbarten Gänge (G3, G5) bilden.
  14. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (A, B, C, D) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) und die beiden Koppelschaltelemente (E, F, F’) als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sind.
  15. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungsschaltelement (G) und das Überbrückungsschaltelement (H) als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sind.
  16. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungsschaltelement (G) als eine unsynchronisierte Klauenkupplung und das Überbrückungsschaltelement (H’) als eine Reibungskupplung ausgebildet ist.
  17. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungsschaltelement (G’) und das Überbrückungsschaltelement (H’) als Reibungskupplungen ausgebildet sind.
  18. Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Überbrückungsschaltelement (H, H’) antriebstechnisch zwischen dem Sonnenrad (S) und dem Hohlrad (R) des Planetengetriebes (PG) angeordnet ist, und dass das erste Koppelschaltelement (E), das Arretierungsschaltelement (G, G’) und das Überbrückungsschaltelement (H, H’) in dieser Reihenfolge axial benachbart zwischen dem Schaltelement (B) der abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe (Z2) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) und dem Abtriebsrad der abtriebsseitigen Stirnradstufe (KE2, ZE) der dritten Eingangstriebstufe (TE3, TE3’) angeordnet sind.
  19. Getriebe nach den Ansprüchen 15 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungsschaltelement (G) und das Überbrückungsschaltelement (H) in einem Doppelschaltelement (SE) zusammengefasst sind.
  20. Getriebe nach den Ansprüchen 15 oder 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelschaltelement (E) bei gerader Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen (Z1, Z2) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’) mit dem Schaltelement (B) der abtriebsseitig äußeren Stirnradstufe (Z2) in einem Doppelschaltelement (S2) zusammengefasst ist.
  21. Getriebe nach den Ansprüchen 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungsschaltelement (G) bei ungerader Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen (Z1, Z2, Z3) des Schaltgetriebes (2.2) mit dem ersten Koppelschaltelement (E) in einem Doppelschaltelement (S3’) zusammengefasst ist.
  22. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.1’, 2.2) unmittelbar drehfest mit der Triebwelle (10) des Verbrennungsmotors (VM) verbunden ist.
  23. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) des Schaltgetriebes (2.1, 2.2) über eine als eine Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung (K) mit der Triebwelle (10) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbar ist.
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