DE102014216465A1

DE102014216465A1 - Hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102014216465A1
Application number: DE102014216465.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Kluge; Sebastian Liebert; Ulrich Ohnemus
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-25
Also published as: US10155437B2; US20170158041A1; EP3183474A1; WO2016026661A1

Abstract

Planetengetriebeeinrichtung (PE), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle (1), einer Getriebeausgangswelle (2) einem Getriebegehäuse (GG) und mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnen-, einem Hohlrad und wenigstens einem Planetenrad, diese Planentenradsätze sind in Bezug auf eine Getriebeachse (GA) zentrisch angeordnet und mit Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere selektiv, miteinander verbindbar, der erste Planetenradsatz ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet, und eine einzelne orthogonal zur Getriebeachse (GA) liegende Schnittebene (SE) schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz, der erste und der dritte Planetenradsatz sind entlang dieser Getriebeachse (GA) axial voneinander beabstandet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz wenigstens ein zweites Planetenrad (1.P2) aufweist, dass das wenigstens eine erste Planetenrad (1.P1) dieses Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad (1.1) und mit dem zweiten Planetenrad (1.P2) des gleichen Planetenradsatzes kämmt, dass dieses zweite Planetenrad (1.P2) mit dem Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes kämmt und, dass dieses Hohlrad (1.2) drehfest mit dem Sonnenrad (2.1) des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erindung betrifft eine mehrstufige Planetengetriebeeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Hybridantriebsmodul mit einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 11. Eine derartige Planetengetriebeeinrichtung, ist aus der DE 10 2008 000 429 A1 bekannt.
In Kraftfahrzeugen und besonders in Personenkraftwagen kommt dem Bauraumbedarf einzelner Komponenten besonders große Bedeutung zu. Herkömmliche, mehrstufige Planetengetriebeeinrichtungen mit bis zu 9 Schaltstufen für die Vorwärtsgänge und einem Rückwärtsgang entstehen häufig durch das Aneinanderreihen von mehreren Planetenradsätzen. Dadurch erhält man Getriebeeinrichtungen mit vielen Schaltstufen und einer großen Getriebespreizung (Verhältnis größte Übersetzung, höchste Gangstufe zu kleinste Übersetzung, niedrigste Gangstufe). Derartige Getriebeeinrichtungen weisen durch das aneinanderreihen häufig eine große Baulänge und ein hohes Gewicht auf, die Getriebespreizung ist in viele kleine Stufensprünge unterteilt. Für manche Kraftfahrzeuge kann auf besonders kleine Stufensprünge verzichtet werden und durch den Verzicht auf Planetenradsätze Bauraum und Gewicht eingespart werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte Getriebeeinrichtung, insbesondere mit geringer axialer Baulänge und vorzugsweise mit hoher Effizienz, bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Hybridantriebsmodul mit einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche.
Planetengetriebeeinrichtungen werden im Kraftfahrzeugbau häufig zum Bereitstellen einer Vielzahl von Übersetzungen verwendet. Dabei sind Getriebeeinrichtungen bekannt, bei welchen mehrere Planetenradsätze selektiv durch Kupplungen und Bremsen untereinander oder mit dem Getriebegehäuse verbindbar sind. Unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse sind durch unterschiedliche Drehzahlverhältnisse zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle gekennzeichnet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Planetengetriebeeinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche wenigstens eine Getriebeeingangswelle, eine Getriebeausgangswelle, ein Getriebegehäuse sowie wenigstens drei oder mehr Planetenradsätze aufweist. Dabei sind diese Planetenradsätze dazu eingerichtet, eine Antriebsleistung von der Getriebeeingangswelle zu der Getriebeausgangswelle zu leiten. Weiter vorzugsweise kann durch das selektive Verbinden von unterschiedlichen Elementen der Planetenradsätze (Sonnenrad, Hohlrad, Planetenradträger) untereinander und das selektive Verbinden dieser Elemente mit einem Gehäuse der Planetengetriebeeinrichtung das Drehzahlverhältnis in diskreten Schritten verändert werden. Vorzugsweise weist eine derartige Planetengetriebeeinrichtung mit drei Planetenradsätzen sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf.
Unter einem Planetenradsatz ist im Sinne der Erfindung ein Sonnen-, ein Hohl- und wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Planetenräder zu verstehen. Vorzugsweise weist ein Planetenradsatz einen Planetenradträger zum Lagern und Führen der Planetenräder auf. Vorzugsweise sind diese Räder als Zahnräder ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist bei einem Planetenradsatz das Sonnenrad als Zentralrad angeordnet. Die Planetenräder sind radial außerhalb des Sonnenrades angeordnet und das Hohlrad umgibt die Planetenräder. Vorzugsweise kämmt ein Planetenrad sowohl mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad (Minusplanetenradsatz). Vorzugsweise kämmt ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und einem weiteren Planetenrad und dieses weitere Planetenrad kämmt mit dem Hohlrad (Plusplanetenradsatz).
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeeingangswelle ein Bauteil zu verstehen, mit welchem der Planetengetriebeeinrichtung mechanische Leistung (Drehzahl, Drehmoment) zuführbar ist. Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle als Hohlwelle oder Vollwelle ausgeführt. Vorzugsweise weist die Getriebeeingangswelle eine Drehmomentübertragungseinrichtung auf, mit welcher diese Leistungszuführung unterbrechbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Getriebeausgangswelle ein Bauteil zu verstehen, welches dazu eingerichtet ist, die durch die Planetengetriebeeinrichtung gewandelte Antriebsleistung an weitere Komponenten weiterzuleiten. Vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle als Vollwelle oder Hohlwelle ausgeführt. Weiter vorzugsweise sind die Getriebeeingangs- und Getriebeausgangswelle koaxial zueinander angeordnet.
Unter einem Getriebegehäuse ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, welche die einzelnen Bauteile der Planetengetriebeeinrichtung wenigstens teilweise oder vollständig umgibt, insbesondere radial umgibt. Weiter vorzugsweise ist das Getriebegehäuse zur Aufnahme der Planetenradsätze, insbesondere zur Lagerung der Planetenradsätze, eingerichtet. Vorzugsweise sind wenigstens einzelne Elemente der Planetenradsätze mit dem Getriebegehäuse mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung selektiv verbindbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu ausgebildet ist, wahlweise Drehmoment von einer Eingangsseite zu einer Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung zu übertragen oder nicht zu überfragen. Vorzugsweise kann die Drehmomentübertragungseinrichtung durch externe Steuerbefehle zwischen dem Betriebsmodus zum Übertragen und dem Betriebsmodus zum nicht Übertragen des Drehmoments hin und her geschaltet werden. Weiter vorzugsweise sind unter Drehmomentübertragungseinrichtung Bremsen, Kupplungen, Freiläufe, Drehmomentwandler und Synchronisierungen zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Schnittebene, welche den ersten und den zweiten Planetenradsatz schneidet, eine gedachte Ebene zu verstehen, welche senkrecht zu einer Getriebeachse angeordnet ist. Dabei ist die Getriebeachse diejenige Achse, zu welcher die Planetenradsätze zentrisch angeordnet sind, insbesondere ist diese Getriebeachse die Rotationsachse der Getriebeeingangswelle, vorzugsweise der Getriebeeingangswelle und Ausgangswelle. Vorzugsweise sind wenigstens ein Sonnenrad und ein Hohlrad rotationssymmetrisch zur Getriebeachse angeordnet. Weiter vorzugsweise sind alle Sonnenräder und alle Hohlräder der Planetenradsätze rotationssymmetrisch zur Getriebeachse angeordnet.
Wie dargelegt, kann bei Planetenradsätzen grundsätzlich zwischen Minusradsätzen und Plusradsätzen unterschieden werden. Dabei kehrt sich bei einem Minusradsatz, bei festgehaltenem Planetenradträger (ortsfest aber rotierbar angeordnete Planetenräder) der Drehsinn zwischen dem Antrieb, über das Sonnenrad und dem Abtrieb über das Hohlrad um. Bei einem Plusradsatz weisen sowohl der Antrieb, wie auch der Abtrieb den gleichen Drehsinn auf.
Es hat sich bei der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung als kinematisch vorteilhaft erwiesen, den ersten Planetenradsatz als sog. Plusradsatz auszuführen. Dazu weist der erste Planetenradsatz wenigstens ein, vorzugsweise eine Reihe von ersten Planetenrädern auf. Weiter weist der erste Planetenradsatz wenigstens ein, vorzugsweise eine Reihe zweiter Planetenräder auf. Dabei kämmt dieses erste Planetenrad mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dieses zweite Planetenrad kämmt sowohl mit dem ersten Planetenrad, wie auch mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbindbar, vorzugsweise ist es drehfest verbunden, besonders bevorzugt sind diese beiden Räder einstückig miteinander ausgebildet.
Der erste und der zweite Planetenradsatz sind in axialer Richtung, also in Richtung entlang der Getriebeachse, so angeordnet, dass die Schnittebene sowohl den ersten als auch den zweiten Planetenradsatz schneidet. Vorzugsweise schneidet diese Schnittebene die Bereiche der Planetenradsätze, welche unmittelbar an der Leistungsübertragung zwischen den Planetenradsätzen beteiligt sind. Im Falle eines Zahnrades ist unter einem solchen Bereich insbesondere die Verzahnung des Zahnrades zu verstehen. Vorzugsweise liegen in der Schnittebene sämtliche Zahneingriffe dieser beiden Planetenradsätze.
Der erste Planetenradsatz weist eine Breitenerstreckung BE in Richtung der Getriebeachse auf. Dabei ist unter der Breitenerstreckung vorzugsweise die Erstreckung des breitesten Zahnrades dieses Planetenradsatzes in dieser Richtung zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist gesamte Breite der Verzahnungen des ersten Planetenradsatzes, insbesondere wenn die Zahnräder dieses Radsatzes in Richtung der Getriebelängsachse versetzt zueinander angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenradsatz innerhalb. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenradsatz wenigstens im Wesentlichen innerhalb der Breitenerstreckung BE angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter im Wesentlichen innerhalb der Breitenerstreckung angeordnet zu verstehen, dass der zweite Planetenradsatz innerhalb einer Erstreckung angeordnet ist die kleiner 2mal BE ist vorzugsweise kleiner als 1,5mal BE und besonders bevorzugt kleiner 1,1mal BE.
Insbesondere durch die Ausführung des ersten Planetenradsatzes als sog. Plusradsatz sowie durch die Verschachtelung des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes, also insbesondere dadurch, dass der zweite Planetenradsatz radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes angeordnet ist, ist eine besonders zuverlässige und axial kompakt bauende Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Planetenradsatz zur Getriebeeingangswelle benachbart angeordnet. Weiter ist der dritte Planetenradsatz zur Getriebeausgangswelle benachbart angeordnet. Dabei ist unter benachbart angeordnet zu verstehen, dass in Richtung des Drehmomentenflusses von der Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle zunächst der erste und der zweiten Planetenradsatz angeordnet sind und danach der dritte Planetenradsatz. Insbesondere dadurch, dass der erste und der zweite Planetenradsatz benachbart zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist, kann eine Reihe von Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen der Getriebeeingangswelle und diesen beiden Planetenradsätze angeordnet werden. Damit sind einerseits diese Drehmomentübertragungseinrichtungen besonders gut zugänglich und es ergibt sich aus der guten Zugänglichkeit insbesondere eine geringe axiale Baulänge für die Planetengetriebeeinrichtung insgesamt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Planetengetriebeeinrichtung fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen auf. Es hat sich gezeigt, dass durch fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen eine ausreichende Anzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen darstellbar ist. Weiter ist die Baulänge insbesondere durch die geringe Anzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen gering.
Vorzugsweise ist zwischen dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist zwischen dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und der Getriebeeingangswelle eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Planetenradträger eine Einrichtung zu verstehen, welche dazu eingerichtet ist, wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Planetenräder zu lagern. Vorzugsweise ist zwischen dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen. Im Sinne der Erfindung sind unter Drehmomentübertragungseinrichtungen, welche zwischen einem Element eines Planetenradsatzes und dem Getriebegehäuse angeordnet sind, eine Bremse zu verstehen. Vorzugsweise sind die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung und die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als Bremsen ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind die erste, zweite und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung als Kupplung ausgebildet. Weiter vorzugsweise wird bei einer als Kupplung ausgebildeten Drehmomentübertragungseinrichtung das Drehmoment von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite reibschlüssig übertragen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich durch die beschriebene Art der Anordnung der Drehmomentübertragungseinrichtungen ein besonders platzsparender Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen. Unter einer formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher wenigstens ein Teil des Drehmoments von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite durch einen Formschluss übertragen wird. Weiter vorzugsweise wird das gesamte Drehmoment formschlüssig übertragen. Weiter vorzugsweise ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als Klauenkupplung oder -bremse ausgeführt. Weiter vorzugsweise ist die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als selbsthaltende Klauenkupplung oder -bremse ausgeführt. Insbesondere durch die Ausgestaltung der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung als formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders geringer Bauraum für die Planetengetriebeeinrichtung erreichbar, da auf die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung hohe Kräfte einwirken und eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung bei gleichem übertragbarem Drehmoment in der Regel eine geringere Baugröße aufweist, als eine reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vierte, und/oder vorzugsweise die erste, Drehmomentübertragungseinrichtung eine reib-/formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung. Vorzugswiese ist unter einer reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher beim Betätigen zunächst ein Reibschluss wirksam wird und zeitlich nach diesem Reibschluss, also insbesondere bei weiter fortschreitender Betätigung, ein Formschluss zur Drehmomentübertragung aktiviert wird. Unter derartigen reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen sind insbesondere Synchronisierungen, wie diese aus Kraftfahrzeuggetrieben bekannt sind, zu verstehen. Bei einer derartigen reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung werden beim planmäßigen Betrieb zunächst zwei Reibflächen, vorzugsweise eine Konusfläche und eine Kegelfläche aufeinander gepresst, so dass sich die Drehzahl der Eingangsseite der und der Ausgangsseite aneinander annähern können. Vorzugsweise bei entsprechend geringer Drehzahldifferenz kommen dann Formschlusselemente in Eingriff, welcher das Drehmoment von der Eingangsseite zur Ausgangsseite der Drehmomentübertragungseinrichtung übertragen. Insbesondere durch die Verwendung einer reib-/formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung als vierte Drehmomentübertragungseinrichtung ist ein besonders geringer Bauraum der Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die drehfeste Verbindung des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes dadurch erreicht, dass diese beiden Zahnräder einstückig miteinander verbunden sind. Insbesondere durch die einstückige Ausbildung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes wird einerseits eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen diesen beiden Zahnrädern ermöglicht und andererseits weist eine derartige Verbindung einen besonders geringen Bauraumbedarf auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zähnezahlverhältnis des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes und des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes > 1. Vorzugsweise ist dieses Zähnezahlverhältnis > 1,05, bevorzugt > 1,07 und besonders bevorzugt > 1,12. Weiter ist dieses Zähnezahlverhältnis < 2, vorzugsweise < 1,3, bevorzugt < 1,2 und besonders bevorzugt < 1,15. Durch die Wahl des Zähnezahlverhältnisses ist ein besonders kompakter Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung ermöglicht.
Einerseits muss die Zähnezahl des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes im Verhältnis zur Zähnezahl des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes so gewählt werden, dass sich zwischen diesen beiden Verzahnungen ein ausreichender Bereich/Abstand ergibt, um die beiden Verzahnungen einerseits sicher miteinander verbinden zu können und andererseits um die Verzahnungen möglichst verformungsfrei von der durch die Kraftübertragung in den Verzahnungen hervorgerufenen Verformungen zu halten. Andererseits muss der Bereich/abstand zwischen diesen beiden Verzahnungen möglichst klein sein, um einen kompakten Aufbau der Planetengetriebeeinrichtung zu ermöglichen.
Insbesondere durch die Wahl eines Zähnezahlverhältnisses, bei welchem die Zähnezahl des Sonnenrades des zweiten Planetenradsatzes gleich groß oder größer ist als die Zähnezahl des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes, ist einerseits gewährleistet, dass ausreichend Platz zwischen diesen beiden Verzahnungen für die sichere Verbindung vorhanden ist und andererseits die Verzahnungen wenigstens weitgehend frei von Verformungen durch Betriebskräfte sind.
Ein Hybridantriebsmodul weist eine erfindungsgemäße Planetengetriebeeinrichtung sowie eine erste Antriebsmaschine und eine zweite Antriebsmaschine auf. Vorzugsweise ist die erste Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung und die zweite Antriebsmaschine ein elektromechanischer Energiewandler. Weiter vorzugsweise ist unter einer ersten Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise zu verstehen. Unter einem elektromechanischen Energiewandler ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Wandeln von elektrischer Energie in mechanische Energie (Drehzahl, Drehmoment) zu verstehen, insbesondere unabhängig von der Bauart des Energiewandlers (Synchron-, Asynchron-, Gleichstrom-, Wechselstrommotor/-generator). Insbesondere die Kombination aus den beiden Antriebsmaschinen mit der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung ermöglicht einen besonders platzsparenden Aufbau einer solchen Antriebseinrichtung bzw. eines solchen Antriebsmoduls.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsmoduls ist die zweite Antriebsmaschine wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig im Getriebegehäuse der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist unter innerhalb des Getriebegehäuses der Planetengetriebeeinrichtung zu verstehen, dass die zweite Antriebsmaschine axial vorzugsweise teilweise oder bevorzugt vollständig innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und radial von diesem Gehäuse wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, umgeben ist.
In einer weiter vorzugsweisen Ausführungsform ist die zweite Antriebsmaschine in einem Hybridgetriebegehäuse angeordnet, welches als einen Bestandteil von mehr als 20% Magnesium aufweist und vorzugsweise, wenigstens hauptsächlich oder vollständig, aus Magnesium besteht. Weiter vorzugsweise ist das Hybridgetriebegehäuse zur Aufnahme des Zweimassenschwungrades, und einer weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einer reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtung eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist der mechanische Leistungsfluss der zweiten Antriebsmaschine mittels einer Trennkupplung unterbrechbar. Vorzugsweise ist in oder an diesem Hybridgetriebegehäuse eine Leistungselektronik angeordnet, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise ist das Hybridgetriebegehäuse mit dem Getriebegehäuse verbindbar.
Vorzugsweise gibt die zweite Antriebsmaschine ihre mechanische Antriebsleistung an die Getriebeeingangswelle ab. Weiter vorzugsweise ist zwischen der zweiten Antriebsmaschine und der Getriebeeingangswelle eine weitere Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die zweite Antriebsmaschine koaxial zu den Planetenradsätzen der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet, bevorzugt fällt die Rotationsachse einer Abtriebswelle der zweiten Antriebsmaschine mit der Getriebeachse zusammen. Insbesondere durch das Anordnen der zweiten Antriebsmaschine im Getriebegehäuse der Planetengetriebeeinrichtung ist ein besonders platzsparender Aufbau eines Hybridantriebsmoduls ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Leistungselektronik, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine eingerichtet ist, innerhalb des Getriebegehäuses der Planetengetriebeeinrichtung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist unter innerhalb des Getriebegehäuses in Bezug auf die Leistungselektronik im Sinne der Erfindung auch so zu verstehen, wenn diese Leistungselektronik in einem eigenen Gehäuse aufgenommen ist und dieses Gehäuse der Leistungselektronik insbesondere von außen an dieses Getriebegehäuse der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung angebracht ist.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Wechseln einzelner Drehzahlverhältnisse dieser Planetengetriebeeinrichtung werden für jedes einzelne Drehzahlverhältnis jeweils zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen aktiviert.
Vorzugsweise sind im ersten Gang der Planetengetriebeeinrichtung die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert. Dabei ist im Sinne der Erfindung unter einer aktivierten Drehmomentübertragungseinrichtung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu verstehen, bei welcher von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite ein Drehmoment übertragbar ist.
Als Ausgangssituation wird nachfolgend vom eingelegten ersten Gang aus gegangen, dabei ist die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert und die fünfte, alle anderen Drehmomentübertragungseinrichtungen sind deaktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom ersten Gang in den zweiten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung weiter aktiviert. Die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom zweiten Gang in den dritten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert, die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise bleibt beim Wechsel vom dritten Gang in den vierten Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert, die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird deaktiviert und die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise wird beim Wechsel vom vierten Gang in den fünften Gang die erste Drehmomentübertragungseinrichtung deaktiviert, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung bleibt aktiviert und die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung wird aktiviert.
Vorzugsweise wird beim Wechsel vom fünften Gang in den sechsten Gang die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung deaktiviert, die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung bleibt aktiviert und die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung wird ebenfalls aktiviert.
Insbesondere durch die Ansteuerung der Drehmomentübertragungseinrichtungen nach dem beschriebenen Schema ist eine besonders zuverlässige funktionierende und kompakt bauende Planetengetriebeeinrichtung darstellbar.
Nachfolgend wird die Erfindung mit den Figuren, in zum Teil schematisiert Darstellung, weiter erläutert, dabei zeigt:
1: einen Längsschnitt des Getriebeschemas der Planetengetriebeeinrichtung,
2: das Schaltungsschema der Planetengetriebeeinrichtung für das Betriebsverfahren,
3: einen Längsschnitt des Hybridantriebmoduls,
In 1 ist eine Planetengetriebeeinrichtung PE dargestellt. Die Planetengetriebeeinrichtung PE weist drei Planetenradsätze auf, diese sind koaxial zur Getriebeachse GA angeordnet. Die Planetengetriebeeinrichtung weist eine Getriebeeingangswelle 1 einer Kupplung K und eine Getriebeausgangswelle 2 sowie ein Getriebegehäuse GG auf.
Der erste Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 1.1, eine erste Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 1.P1 dargestellt ist und einen zweite Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 1.P2 dargestellt ist, auf. Die beiden Planeten 1.P1 und 1.P2 sind auf dem Steg (Planetenradträger) 1.S des ersten Planetenradsatzes gelagert. Der Steg 1.S ist mit dem Getriebegehäuse GG drehfest verbunden. Der Planet 1.P1 kämmt mit dem Sonnenrad 1.1 und der Planet 1.P2 kämmt einerseits mit dem Planeten 1.P1 und mit dem Hohlrad 1.2.
Der zweite Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 2.1 und eine Reihe von Planeten, von welchen nur der Planet 2.P dargestellt ist, auf. Der Planet 2.P kämmt mit dem Sonnenrad 2.1 und mit dem Hohlrad 2.2. Die Getriebeeingangswelle 1 Ist über eine Kupplung K mit einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) verbindbar. Die Getriebeausgangswelle 2 ist drehfest mit dem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes 3.S verbunden. Der dritte Planetenradsatz weist ein Sonnenrad 3.1 und ein Hohlrad 3.2 auf. Der dargestellte Planet des dritten Planetenradsatzes 3.P kämmt sowohl mit der Sonne 3.1 als auch mit dem Hohlrad 3.2.
Die Schnittebene SE schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz so, dass in dieser Schnitteben SE sämtliche Zahneingriffe liegen. Der erste Planetenradsatz weist eine Erstreckung BE in Richtung der Getriebeachse GA auf. Innerhalb dieser Erstreckung BE ist auch der zweite Planetenradsatz angeordnet.
Mittels der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung K16 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Sonnenrad 3.1 des dritten Planetenradsatzes, Getriebewelle 6 verbindbar. Diese und die nachfolgend mit „K” bezeichneten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind als Kupplungen zwischen Wellen ausgeführt, die mit „B” bezeichneten Drehmomentübertagungseinrichtungen sind als Bremsen ausgeführt.
Mit der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung K15 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 3.2, Getriebewelle 5 verbindbar. Mit der dritten Drehmomentübertragungseinrichtung K13 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 1.1, Getriebewelle 3, verbindbar. Mit der vierten Drehmomentübertragungseinrichtung B03 ist die Sonne des ersten Planetenradsatzes 1.1, Getriebewelle 3, mit dem Getriebegehäuse GG verbindbar. Mit der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung B05 ist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 3.2, Getriebewelle 5, mit dem Getriebegehäuse GG verbindbar.
2 zeigt das Schaltungsschema der Drehmomentübertragungseinrichtungen B03, B05, K13, K15, K16 (Drehmomentübertragungseinrichtung 1–5) der erfindungsgemäßen Planetengetriebeeinrichtung für die sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 und für den Rückwärtsgang RW. Dabei bedeutete ein X in der in 2 dargestellten Tabelle, dass die gekennzeichnete Drehmomentübertragungseinrichtung aktiviert ist. Demzufolge ist für den ersten Gang die Drehmomentübertragungseinrichtung B05 und die Drehmomentübertragungseinrichtung K16 aktiviert.
In 3 ist ein Hybridantriebsmodul dargestellt. Dieses Hybridantriebsmodul weist eine erfindungsgemäße Planetengetriebeeinrichtung PE, eine Verbrennungskraftmaschine VM und einen elektromechanischen Energiewandler EM auf. Der elektromechanische Energiewandler EM ist dabei im Getriebegehäuse GG der Planetengetriebeeinrichtung PE angeordnet. Die Planetengetriebeeinrichtung PE ist dazu eingerichtet, über die Getriebeeingangswelle 1 die Antriebsleistung des elektromechanischen Energiewandlers EM und der Verbrennungskraftmaschine VM aufzunehmen und über die Getriebeausgangswelle 2 abzugeben. Die Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine VM sowie des elektromechanischen Energiewandlers EM und die Planetengetriebeeinrichtung PE sind koaxial zur Getriebeachse GA angeordnet. Die Verbrennungskraftmaschine VM ist über die Trennkupplung AK mit der Getriebeeingangswelle 1 verbindbar. Zwischen der Trennkupplung AK und der Verbrennungsmaschine VM ist zusätzlich ein Zweimassenschwungrad ZMS angeordnet.
Der elektromechanische Energiewandler EM weist einen Statur EM.1 und einen Rotor EM.2 auf. Der Rotor EM.2 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 1 weist eine weitere Drehmomentübertragungseinrichtung K auf, diese ist als Anfahrkupplung ausgebildet und ermöglicht insbesondere das Anfahren des Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei Antrieb mittels der Verbrennungskraftmaschine VM.
Zusätzlich ist mittels der Drehmomentübertragungseinrichtung K der Leistungsfluss zur Planetengetriebeeinrichtung PE von der ersten und der zweiten Antriebsmaschine (VM, EM) Unterbrechbar. In diesem Betriebsmodus (K deaktiviert, geöffnet; AK aktiviert, geschlossen) ist eine sog. Standladung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
Das Getriebegehäuse, welches zur Aufnahme des Zweimassenschwungrades ZMS, der zweiten Antriebsmaschine EM sowie der Trennkupplung AK eingerichtet ist, ist als Hybridgetriebegehäuse ausgebildet.
Die Anordnungen der Planetenradsätze und der Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Planetengetriebeeinrichtung PE entsprechen bei dieser Ausführungsform (3) der Anordnung dieser Elemente der in 1 dargestellten Ausführungsform.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008000429 A1 [0001]

Claims

Planetengetriebeeinrichtung (PE), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle (1), einer Getriebeausgangswelle (2) einem Getriebegehäuse (GG) und mit wenigstens einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz mit jeweils einem Sonnen-, einem Hohlrad und wenigstens einem Planetenrad, diese Planentenradsätze sind in Bezug auf eine Getriebeachse (GA) zentrisch angeordnet und mit Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere selektiv, miteinander verbindbar, der erste Planetenradsatz ist radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet, und eine einzelne orthogonal zur Getriebeachse (GA) liegende Schnittebene (SE) schneidet den ersten und den zweiten Planetenradsatz, der erste und der dritte Planetenradsatz sind entlang dieser Getriebeachse (GA) axial voneinander beabstandet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz wenigstens ein zweites Planetenrad (1.P2) aufweist, dass das wenigstens eine erste Planetenrad (1.P1) dieses Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad (1.1) und mit dem zweiten Planetenrad (1.P2) des gleichen Planetenradsatzes kämmt, dass dieses zweite Planetenrad (1.P2) mit dem Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes kämmt und, dass dieses Hohlrad (1.2) drehfest mit dem Sonnenrad (2.1) des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
Planetengetriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Planetenradsatz zur Getriebeeingangswelle (1) benachbart angeordnet sind und, dass der dritte Planetenradsatz zur Getriebeausgangswelle (2) benachbart angeordnet ist.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebeeinrichtung (PE) fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen (B03, B05, K13, K15, K16) aufweist.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (3.2) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (B05) mit dem Getriebegehäuse (GG) verbindbar ist und, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (B05) eine formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) mit dem Sonnenrad (3.1) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (K16) verbindbar ist, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (K16) eine reib-/formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist, insbesondere eine Synchronisierungseinrichtung.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (1) mit dem Sonnenrad (3.1) des dritten Planetenradsatzes mit einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen (K16) verbindbar ist, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung (K16) eine reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ist.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (1.2) des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad (2.1) des zweiten Planetenradsatzes einstückig miteinander ausgebildet sind.
Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zähnezahlverhältnis des Sonnenrades (2.1) des zweiten Planentenradsatzes und des Hohlrades (1.2) des ersten Planetenradsatzes größer ist als 1, vorzugsweise größer ist als 1,05, bevorzugt größer als ist 1,07 und besonders bevorzugt größer ist als 1,12 und weiter ist das Zähnezahlverhältnis kleiner als 2, vorzugsweise kleiner als 1,3, bevorzugt kleiner als 1,2 und besonders bevorzugt kleiner als 1,15.
Hybridantriebsmodul, mit einer Planetengetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer ersten Antriebsmaschine (VM) und einer zweiten Antriebsmaschine (EM) wobei die zweite Antriebsmaschine (EM) ein elektromechanischer Energiewandler ist und die erste Antriebsmaschine (VM) eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung.
Hybridantriebsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsmaschine (EM) wenigstens abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, im Getriebegehäuse (GG) der Planetengetriebeeinrichtung (PE) angeordnet ist.
Hybridantriebsmodul nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik, welche zur Steuerung der zweiten Antriebsmaschine (EM) vorgesehen ist, innerhalb des Getriebegehäuses beziehungsweise innerhalb des Hybridgetriebegehäuses angeordnet ist.
Verfahren zum Wechseln des Drehzahlverhältnisses zwischen der Getriebeeingangswelle (1) und der Getriebeausgangswelle (2) der Planetengetriebeeinrichtung (PE) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aktivieren jedes einzelnen Drehzahlverhältnisses (1. bis 6. Gang, Rückwärtsgang) jeweils zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen (B03, B05, K13, K15, K16) aktiviert werden.