DE102014217060B4 - Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und mit mindestens einer elektrischen Maschine sowie Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents

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Abstract

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mindestens einer elektrischen Maschine (2), die einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, sowie mit einem dazwischen angeordneten Planetengetriebe (5), umfassend einen ersten an einem ersten Planetenträger (6a) gelagerten Planetensatz (7a), der radial zwischen einer ersten Sonne (8a) und einem ersten Hohlrad (9a) kämmt, und einem zweiten an einem zweiten Planetenträger (6b) gelagerten Planetensatz (7b), der radial zwischen einer zweiten Sonne (8b) und einem zweiten Hohlrad (9b) kämmt, wobei die Brennkraftmaschine (1) über eine Antriebswelle (10) mit einer ersten Kupplungseinrichtung (11), umfassend ein erstes und ein zweites Kupplungselement (11a, 11b), verbunden ist, wobei das erste Kupplungselement (11a) die Antriebswelle (10) mit der ersten und zweiten Sonne (8a, 8b) koppelt und das zweite Kupplungselement (11b) die Antriebswelle (10) mit dem ersten Planetenträger (6a) koppelt, und wobei das erste Hohlrad 9a und der zweite Planetenträger (6b) drehfest miteinander und mit einer Abtriebswelle (16) des Planetengetriebes (5) verbunden sind, wobei die Abtriebswelle (16) ein Leistungsausgang des Planetengetriebes ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kupplungseinrichtung (12) die mindestens eine elektrische Maschine (2) mit dem zweiten Hohlrad (9b) oder mit der ersten und zweiten Sonne (8a, 8b) koppelt, wobei zwischen dem zweiten Hohlrad (9b) und der zweiten Kupplungseinrichtung (12) ein Freilaufelement (13) angeordnet ist, so dass mindestens vier unterschiedliche Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, mindestens einer elektrischen Maschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, sowie mit einem ein dazwischen angeordnetes Planetengetriebe, umfassend einen ersten an einem ersten Planetenträger gelagerten Planetensatz, der radial zwischen einer ersten Sonne und einem ersten Hohlrad kämmt, und einem zweiten an einem zweiten Planetenträger gelagerten Planetensatz, der radial zwischen einer zweiten Sonne und einem zweiten Hohlrad kämmt, wobei die Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle mit einer ersten Kupplungseinrichtung, umfassend ein erstes und ein zweites Kupplungselement, verbunden ist, wobei das erste Kupplungselement die Antriebswelle mit der ersten und zweiten Sonne koppelt und das zweite Kupplungselement die Antriebswelle mit dem ersten Planetenträger koppelt, und wobei das erste Hohlrad und der zweite Planetenträger drehfest miteinander und mit einer Abtriebswelle des Planetengetriebes verbunden sind, wobei die Abtriebswelle ein Leistungsausgang des Planetengetriebes ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Aus der Druckschrift DE 33 412 17 A1 ist ein Planetengetriebesystem bekannt, bei welchem eine erste, eine zweite und eine dritte Planetengetriebestufe vorgesehen ist. Die erste Planetengetriebestufe und die zweite Planetengetriebestufe weisen jeweils ein Sonnenrad auf. Die beiden Sonnenräder sind miteinander drehfest verbunden. Über Kupplungseinrichtungen ist die kinematische Koppelung der ersten beiden Planetengetriebestufen veränderbar. Die beiden ersten Planetengetriebestufe sind über zwei Leistungsausgänge mit der dritten Getriebestufe gekoppelt, wobei einer dieser beiden Leistungsausgänge durch einen Wellenzapfen gebildet ist, der drehstarr mit den beiden vorgenannten Sonnenrädern der ersten und der zweiten Getriebestufe gekoppelt ist. Über weitere Kupplungseinrichtungen ist die kinematische Kopplung der dritten Getriebestufe mit den beiden Leistungsausgängen des ersten Stufenpaares festlegbar.
  • DE 11 2006 002 537 B4 zeigt eine im Kapitel „Gebiet der Erfindung“ geschriebene gattungsgemäße Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wie z.B. einem Dieselmotor, und mit elektrischen Maschinen. Die mit der Motorwelle verbundene Antriebswelle ist über Kupplungselemente mit den Sonnenrädern eines zweistufigen Planetentrieb koppelbar. Die mit einem Hohlrad einer Planetenstufe bzw. einem Planetenträger der anderen Planetenstufe des Planetentriebs verbundene Abtriebswelle des Planetentriebs mit einem Achsantrieb verbunden.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit Hybridsystem zu schaffen, die kompaktbauend und gewichtsoptimiert ist sowie vier Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang aufweist.
  • Die Aufgabe ist durch eine Antriebsanordnung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebsanordnung nach Anspruch 5 gelöst.
  • Erfindungsgemäß koppelt eine zweite Kupplungseinrichtung die mindestens eine elektrische Maschine mit dem zweiten Hohlrad oder mit der ersten und zweiten Sonne, wobei zwischen dem zweiten Hohlrad und der zweiten Kupplungseinrichtung ein Freilaufelement angeordnet ist, so dass mindestens vier unterschiedliche Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Mit anderen Worten ermöglicht die zweite Kupplungseinrichtung die Koppelung der elektrischen Maschine mit dem Planetengetriebe. Je nach benötigter Übersetzung kann die erste und zweite Kupplungseinrichtung geöffnet oder geschlossen werden. Mithin werden über zwei Planetengetriebestufen vier zumindest weitgehend harmonisch gestufte Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert. Das Planetengetriebe besteht im Wesentlichen aus einem modifizierten Simpson-Planetensatz, umfassend zwei identische Planetensätze. Die Antriebsanordnung ist somit besonders geeignet für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridsystem, das zumindest teilweise einen elektrischen Antrieb erlaubt und somit synergetisch wirkt. Die Leistungen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine werden im Planetengetriebe je nach Übersetzung überlagert.
  • Vorzugsweise weist die zweite Kupplungseinrichtung eine erste und eine zweite Klauenkupplungen auf. Die zweite Kupplungseinrichtung realisiert drei Schaltstellungen, und zwar beide Klauenkupplungen geöffnet, oder eine erste Klauenkupplung geschlossen und eine zweite Klauenkupplung geöffnet, aber auch die zweite Klauenkupplung geschlossen und die erste Klauenkupplung geöffnet.
  • Besonders bevorzugt weist zumindest eine der beiden Klauenkupplungen eine Standardverzahnung oder eine Sägeverzahnung auf. Mithin kann entweder die erste oder die zweite Klauenkupplung, aber auch beide Klauenkupplungen eine Standardverzahnung oder eine Sägeverzahnung aufweisen. Der Vorteil einer Standardverzahnung besteht darin, dass sowohl Zug- als auch Schubmomente übertragen werden können. Die Klauenkupplung mit Standardverzahnung könnte jedoch beim Schließen der Klauenkupplung das Freilaufelement verspannen. Demgegenüber besteht der Vorteil einer Sägeverzahnung darin, dass das Freilaufelement nicht verspannt werden kann. Jedoch können von der Sägeverzahnung nur Schubmomente übertragen werden.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das erste Hohlrad und der zweite Planetenträger drehfest miteinander und mit einer Abtriebswelle des Planetengetriebes verbunden sind. Dabei dient die Abtriebswelle als Leistungsausgang des Planetengetriebes.
  • Vorteilhafterweise ist das Planetengetriebe in einem Nassraum angeordnet. Demgegenüber sind die beiden Kupplungsvorrichtungen sowie die mindestens eine elektrische Maschine in einem Trockenraum angeordnet. Dies erlaubt eine optimale Schmierung und Kühlung des Planetengetriebes.
  • Nachfolgend wird der grundlegende Betrieb der Antriebsanordnung erläutert. Dabei stehen, insbesondere die Schaltstellungen der beiden Kupplungseinrichtungen im Vordergrund. Ein erster Gang wird durch ein Schließen des ersten Kupplungselements der ersten Kupplungseinrichtung realisiert. Das zweite Kupplungselement der ersten Kupplungseinrichtung ist ebenso wie die beiden Klauenkupplungen der zweiten Kupplungseinrichtung geöffnet. Demgegenüber wird ein zweiter Gang durch ein Schließen des zweiten Kupplungselements der ersten Kupplungseinrichtung realisiert. Das erste Kupplungselement der ersten Kupplungseinrichtung ist ebenso wie die beiden Klauenkupplungen der zweiten Kupplungseinrichtung geöffnet. Ferner wird ein dritter Gang durch ein Schließen des ersten und zweiten Kupplungselements der ersten Kupplungseinrichtung realisiert. Dementsprechend sind die beiden Klauenkupplungen der zweiten Kupplungseinrichtung geöffnet. Ein vierter Gang wird durch ein Schließen der zweiten Klauenkupplung der zweiten Kupplungseinrichtung sowie des ersten und zweiten Kupplungselements der ersten Kupplungseinrichtung realisiert. Lediglich die erste Klauenkupplung der zweiten Kupplungseinrichtung ist geöffnet.
  • Neben den vier Vorwärtsgängen ist auch ein insbesondere elektrischer Rückwärtsgang realisiert. Dieser wird durch ein Schließen der ersten Klauenkupplung der zweiten Kupplungseinrichtung realisiert. Über diese Schaltstellung erfolgt auch eine Rekuperation von Energie. Dazu wird die elektrische Maschine im Schubbetrieb als Generator genutzt und speist die erzeugte elektrische Energie, beispielsweise in eine Batterie ein.
  • Figurenliste
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
    • 2 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    • 3 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen Klauenkupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • Nach 1 umfasst die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridsystem eine Brennkraftmaschine 1, eine elektrische Maschine 2 sowie ein dazwischen angeordnetes Planetengetriebe 5. Das Planetengetriebe 5 weist einen ersten an einem ersten Planetenträger 6a gelagerten Planetensatz 7a auf, der radial zwischen einer ersten Sonne 8a und einem ersten Hohlrad 9a kämmt. Ferner weist das Planetengetriebe auch einen zweiten an einem zweiten Planetenträger 6b gelagerten Planetensatz 7b auf, der radial zwischen einer zweiten Sonne 8b und einem zweiten Hohlrad 9b kämmt. Das erste Hohlrad 9a und der zweite Planetenträger 6b sind drehfest miteinander und mit einer Abtriebswelle 16 des Planetengetriebes 5 verbunden.
  • Die Brennkraftmaschine 1 ist über eine Antriebswelle 10 mit einer ersten Kupplungseinrichtung 11, umfassend ein erstes und ein zweites Kupplungselement 11a, 11b, verbunden. Das erste Kupplungselement 11a koppelt dabei die Antriebswelle 10 mit der ersten und zweiten Sonne 8a, 8b und das zweite Kupplungselement 11b koppelt ferner die Antriebswelle 10 mit dem ersten Planetenträger 6a. Darüber hinaus koppelt eine zweite Kupplungseinrichtung 12, die eine erste und eine zweite Klauenkupplungen 12a, 12b aufweist, die elektrische Maschine 2 mit dem zweiten Hohlrad 9b oder mit der ersten und zweiten Sonne 8a, 8b. Ferner ist es aber auch möglich die beiden Klauenkupplungen 12a, 12b gleichzeitig zu öffnen, so dass keine der beiden Klauenkupplungen 12a, 12b geschlossen ist. Zwischen dem zweiten Hohlrad 9b und der zweiten Kupplungseinrichtung 12 ist ein Freilaufelement 13 angeordnet. Die elektrische Maschine 2 umfasst einen Stator 3 und einen Rotor 4. Ferner umfasst die elektrische Maschine 2 auch eine - hier nicht dargestellte - Batterie. Das Planetengetriebe 5 ist in einem Nassraum 17 angeordnet und die beiden Kupplungsvorrichtungen 11, 12 sowie die elektrische Maschine 2 sind in einem Trockenraum 18 angeordnet.
  • Gemäß 2 weist die Klauenkupplungen 12a eine Standardverzahnung 14 auf. Dabei dient die Klauenkupplung 12a als Beispiel. Es ist auch denkbar, dass beide Klauenkupplungen 12a, 12b die Standardverzahnung 14 aufweisen. Die Standardverzahnung 14 dient insbesondere zur Übertragung von Zug- und Schubmomenten.
  • 3 zeigt exemplarisch die Klauenkupplung 12b mit einer Sägeverzahnung 15. Auch in diesem Fall ist es denkbar, dass beide Klauenkupplungen 12a, 12b die Sägeverzahnung 15 aufweisen. Die Sägeverzahnung 15 dient insbesondere zur Übertragung von Schubmomenten und verhindert eine Verspannung des Freilaufelements 13.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    elektrischen Maschine
    3
    Stator
    4
    Rotor
    5
    Planetengetriebe
    6a, 6b
    Planetenträger
    7a, 7b
    Planetensatz
    8a, 8b
    Sonne
    9a, 9b
    Hohlrad
    10
    Antriebswelle
    11
    Kupplungseinrichtung
    11a, 11b
    Kupplungselement
    12
    Kupplungseinrichtung
    12a, 12b
    Klauenkupplung
    13
    Freilaufelement
    14
    Standardverzahnung
    15
    Sägeverzahnung
    16
    Abtriebswelle
    17
    Nassraum
    18
    Trockenraum

Claims (9)

  1. Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (1), mindestens einer elektrischen Maschine (2), die einen Stator (3) und einen Rotor (4) aufweist, sowie mit einem dazwischen angeordneten Planetengetriebe (5), umfassend einen ersten an einem ersten Planetenträger (6a) gelagerten Planetensatz (7a), der radial zwischen einer ersten Sonne (8a) und einem ersten Hohlrad (9a) kämmt, und einem zweiten an einem zweiten Planetenträger (6b) gelagerten Planetensatz (7b), der radial zwischen einer zweiten Sonne (8b) und einem zweiten Hohlrad (9b) kämmt, wobei die Brennkraftmaschine (1) über eine Antriebswelle (10) mit einer ersten Kupplungseinrichtung (11), umfassend ein erstes und ein zweites Kupplungselement (11a, 11b), verbunden ist, wobei das erste Kupplungselement (11a) die Antriebswelle (10) mit der ersten und zweiten Sonne (8a, 8b) koppelt und das zweite Kupplungselement (11b) die Antriebswelle (10) mit dem ersten Planetenträger (6a) koppelt, und wobei das erste Hohlrad 9a und der zweite Planetenträger (6b) drehfest miteinander und mit einer Abtriebswelle (16) des Planetengetriebes (5) verbunden sind, wobei die Abtriebswelle (16) ein Leistungsausgang des Planetengetriebes ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kupplungseinrichtung (12) die mindestens eine elektrische Maschine (2) mit dem zweiten Hohlrad (9b) oder mit der ersten und zweiten Sonne (8a, 8b) koppelt, wobei zwischen dem zweiten Hohlrad (9b) und der zweiten Kupplungseinrichtung (12) ein Freilaufelement (13) angeordnet ist, so dass mindestens vier unterschiedliche Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
  2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungseinrichtung (12) eine erste und eine zweite Klauenkupplungen (12a, 12b) aufweist.
  3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Klauenkupplungen (12a, 12b) eine Standardverzahnung (14) oder eine Sägeverzahnung (15) aufweisen.
  4. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) in einem Nassraum (17) angeordnet ist und die beiden Kupplungsvorrichtungen (11, 12) sowie die mindestens eine elektrische Maschine (2) in einem Trockenraum (18) angeordnet sind.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gang durch ein Schließen des ersten Kupplungselements (11a) der ersten Kupplungseinrichtung (11) realisiert wird.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gang durch ein Schließen des zweiten Kupplungselements (11b) der ersten Kupplungseinrichtung (11) realisiert wird.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Gang durch ein Schließen des ersten und zweiten Kupplungselements (11a, 11b) der ersten Kupplungseinrichtung (11) realisiert wird.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Gang durch ein Schließen der zweiten Klauenkupplung (12b) der zweiten Kupplungseinrichtung (12) sowie des ersten und zweiten Kupplungselements (11a, 11b) der ersten Kupplungseinrichtung (11) realisiert wird.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang durch ein Schließen der ersten Klauenkupplung (12a) der zweiten Kupplungseinrichtung (12) realisiert wird.
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