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Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Aus der
DE 10 2008 011 080 A1 ist eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Hybridantriebsanordnung bzw. die Antriebsstranganordnung weist einen Verbrennungsmotoreingang, einen E-Maschineneingang sowie einen Ausgang auf, wobei sich an den Ausgang ein Wechselgetriebe anschließt. Das Wechselgetriebe wirkt über ein Verteilergetriebe und ein Achsgetriebe auf die Antriebsräder eines Nutzfahrzeuges. Der Verbrennungsmotoreingang, der E-Maschineneingang und der Ausgang sind jeweils Teilen einer Planetengetriebestufe zugeordnet. Die E-Maschine treibt dabei ein Sonnenrad an, wobei das Sonnenrad den E-Maschineneingang bildet. Es ist ferner eine zentrale Welle vorgesehen, die den Verbrennungsmotoreingang bildet und mit einem Hohlrad der Planetengetriebestufe drehfest gekoppelt ist. Es ist nun eine Trennkupplung in Form einer Muffe vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor mittels der Muffe mit der Welle koppelbar ist. Hierdurch ist eine Leistungsübertragung von dem Verbrennungsmotor auf das Hohlrad der Planetengetriebestufe möglich. Zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad sind mehrere Planetenräder angeordnet, die von einem Planetenträger getragen sind. Der Planetenträger ist verdrehfest mit dem Ausgang und somit mit dem Wechselgetriebe gekoppelt. Die Muffe kann ferner das Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse koppeln. Der Verbrennungsmotoreingang, der E-Maschinen-Eingang und der Ausgang sind hier nicht funktional wirksam miteinander über eine drehfeste Antriebsstranganordnung verbunden, sondern sind dem Hohlrad, dem Sonnenrad und dem Planetenträger zugeordnet und laufen daher mit unterschiedlichen Drehzahlen um.
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Es sind ferner Hybridantriebsanordnungen für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsstranganordnung bekannt, wobei die Antriebsstranganordnung einen Verbrennungsmotoreingang, einen E-Maschineneingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Verbrennungsmotoreingang, der E-Maschineneingang und der Ausgang drehfest miteinander über die Antriebsstranganordnung verbunden sind und so mit gleicher Drehzahl umlaufen.
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Aus der
DE 10 2009 046 366 A1 ist eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Hybridantriebsanordnung weist eine Antriebsstranganordnung mit einer Getriebeeingangswelle und eine elektrische Maschine auf. Die Getriebeeingangswelle weist einerseits einen Verbrennungsmotoreingang und andererseits einen Ausgang zur Koppelung mit einem Wechselgetriebe sowie dazwischen einen E-Maschineneingang auf. Am Verbrennungsmotoreingang und ist die Getriebeeingangswelle dort über eine Trennkupplung in Form eines Schaltelements mit einem Verbrennungsmotor verbindbar. Der Verbrennungsmotor ist über einen Schwingungsdämpfer mit der Trennkupplung an die Getriebeeingangswelle koppelbar. Durch Öffnen der Trennkupplung ist der Verbrennungsmotor von der Getriebeeingangswelle abkoppelbar, so dass ein rein elektrisches Fahren möglich ist. Die elektrische Maschine ist zur Drehmomentübertragung mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung bringbar. Es ist ein weiteres Schaltelement vorgesehen, mittels dem die elektrische Maschine von der Getriebeeingangswelle trennbar und mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist. Das formschlüssige Schaltelement ist in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles als reibschlüssiges Lamellenschaltelement oder als Synchronisierung ausführbar. Ein Rotor der elektrischen Maschine ist in einer Schaltstellung des weiteren Schaltelementes mit einem Hohlrad einer Planetengetriebestufe drehfest verbunden und in einer anderen Schaltstellung des Schaltelementes von dem Hohlrad getrennt. Ein Stator der elektrischen Maschine und ein Sonnenrad der Planetengetriebestufe sind gehäusefest angeordnet. Die Getriebeeingangswelle ist dabei drehfest mit einem Planetenträger der Planetengetriebestufe verbunden. Der Planetenträger bildet einen E-Maschineneingang. Das Drehmoment der elektrischen Maschine wird mit einer Übersetzung von beispielsweise 1,7 übersetzt. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalls besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass eine Übersetzung der Planetengetriebestufe größer oder kleiner als 1,7 ist. Der Verbrennungsmotoreingang, der E-Maschineneingang und der Ausgang sind durch die Getriebeeingangswelle gebildet und damit drehfest miteinander verbunden, wodurch der Verbrennungsmotoreingang, der E-Maschineneingang und der Ausgang mit gleicher Drehzahl umlaufen.
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Aus der gattungsbildenden
DE 10 2010 063 311 A1 ist eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsstranganordnung bekannt. Die Antriebsstranganordnung weist einen Verbrennungsmotoreingang, einen E-Maschineneingang und einen Ausgang auf. Der Verbrennungsmotoreingang ist mit einem Verbrennungsmotor über eine Trennkupplung verbunden. Zwischen der Trennkupplung und dem Verbrennungsmotor ist dabei ein Torsionsdämpfer angeordnet. Die Getriebeeingangswelle bildet ferner andererseits einen Ausgang zur Kopplung beziehungsweise Verbindung mit einem entsprechenden Wechselgetriebe. Der E-Maschinen-Eingang ist mit einer E-Maschine über eine Planetengetriebestufe koppelbar. Die Antriebsstranganordnung weist dabei eine Getriebeeingangswelle auf, wobei die Getriebeeingangswelle einerseits den Verbrennungsmotoreingang bereitstellt. Die Getriebeeingangswelle ist ferner mit dem Steg des Planetengetriebes drehfest verbunden. Der Steg dient somit als E-Maschinen-Eingang. Das Hohlrad der Planetengetriebestufe ist dabei mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt. Das Sonnenrad der Planetengetriebestufe kann nun durch ein weiteres Schaltelement wahlweise gehäusefest angeordnet werden, oder in einer weiteren Schaltstellung des Schaltelementes drehfest mit dem Verbrennungsmotoreingang und damit drehfest mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Die beiden Eingänge und der Ausgang sind dabei drehfest über die Getriebeeingangswelle miteinander verbunden und laufen so mit der gleichen Drehzahl um.
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Diese gattungsgemäße Hybridantriebsanordnung ist noch nicht optimal ausgebildet. Mit den bekannten Hybridantriebsanordnungen sind die Bauraumanforderungen nicht ohne Weiteres erfüllbar.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Hybridantriebsanordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass eine kompaktbauende Hybridantriebsanordnung bereitgestellt ist.
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Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass das Sonnenrad der Planetengetriebestufe den E-Maschinen-Eingang der Antriebsstranganordnung bildet. Das Sonnenrad ist hiermit funktional wirksam drehfest mit der Trennkupplung und drehfest mit dem Ausgang der Antriebsstranganordnung verbunden und läuft mit diesen Bauteilen drehzahlgleich um. Das Sonnenrad ist Teil der Antriebsstranganordnung der Hybridantriebsanordnung. Insbesondere lassen sich hierdurch Bauraumrestriktionen einhalten, so dass die Hybridantriebsanordnung mit einem Wechselgetriebe in Form eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden werden kann. Die Hybridantriebsanordnung bildet dabei ein entsprechendes Hybridmodul, das eine E-Maschine aufweist und zwischen dem Verbrennungsmotor und dem entsprechenden Doppelkupplungsgetriebe eingesetzt werden kann. Das Hybridmodul weist dabei insbesondere eine Doppelkupplung mit zwei Reibkupplungen auf. Die E-Maschine (Elektromaschine) wird über die Planetengetriebestufe an die Antriebsstranganordnung gekoppelt. Ein Rotor der E-Maschine ist in einer Ausgestaltung mit einem Steg der Planetengetriebestufe drehfest verbunden, insbesondere ist der Rotor der E-Maschine über den Steg mit dem jeweiligen Planetenrad bzw. Planetenradsatz wirksam verbunden. Das Hohlrad ist dabei vorzugsweise gehäusefest angeordnet. Hierdurch besteht zwischen dem Steg und dem Sonnenrad eine Übersetzung. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist dabei eine E-Maschinen-Kupplung vorgesehen, wobei die E-Maschinen-Kupplung eine direkte Kopplung des Rotors der E-Maschine an die Antriebsstranganordnung erlaubt.
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Hierdurch sind nun folgende Fahrstrategien realisierbar. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel in dem Bereich von 0 bis 80 km/h sind die E-Maschinenkupplung und die Trennkupplung geschlossen und die E-Maschine wird im niedrigen und mittleren Drehzahlbereich, beispielsweise im Bereich von 0 bis 3000 Umdrehungen betrieben. Der Steg und das Sonnenrad sind hierdurch über die E-Maschinen-Kupplung geblockt und drehen synchron mit. Hierdurch ist die E-Maschine beziehungsweise der Rotor drehfest mit der Antriebsstranganordnung verbunden. Bei hohen bzw. höheren Fahrgeschwindigkeiten wird nun die E-Maschinen-Kupplung geöffnet und es kommt zu einer Drehzahlübersetzung zwischen der E-Maschine und der Antriebsstranganordnung. Hierdurch ergibt sich eine Drehzahlreduktion der E-Maschine. Die Momente werden entsprechend der Übersetzung hoch geregelt. Die E-Maschine ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die entsprechenden Leiter bzw. elektrischen Leitungen einen großen Querschnitt aufweisen. Hierdurch können große Drehmomente durch die E-Maschine bereitgestellt werden. Der Leitungsquerschnitt kann dabei bspw. 2,5 mm2 betragen. Durch die größeren Leiterquerschnitte müssen weniger Leiter in den entsprechenden Nuten der Spulen angeordnet werden. Hierdurch sinkt der Aufwand für die Verschaltung und die Isolation der Spulen. Dadurch dass die Drehzahl des Rotors vermindert ist, wird der Rotor durch nicht so große Fliehkräfte beansprucht. Hierdurch ist es möglich, die Bleche des Rotors so zu gestalten, dass die magnetische Ausnutzung des Blechschnittes verbessert ist. Durch die Planetengetriebestufe kann die E-Maschine die geforderten Drehmomente entsprechend der Übersetzung drehzahlreduziert beisteuern, wodurch frequenzabhängige Verluste der E-Maschine vermindert werden. Bei einer angenommenen Übersetzung von dem Steg bzw. vom Planetenrad auf das Sonnenrad, zum Beispiel von i = 2,87 ergibt sich eine entsprechende Drehzahlreduktion. Ferner hat dies den Vorteil, das drehzahlabhängige Ölplanschverluste in Luftspalt der E-Maschine reduziert werden, da die Drehzahl der E-Maschine reduziert ist. Durch die E-Maschinen-Kupplung sind im Prinzip zwei Gangstufen zum elektrischen Betrieb realisiert. In einer weiteren Variante einer kompaktbauenden Ausgestaltung ist es denkbar, den Steg der Planetengetriebestufe bzw. den Planetenradsatz gehäusefest anzuordnen und den Rotor der E-Maschine mit einem Hohlrad der Planetengetriebestufe zu koppeln. Die E-Maschine wird durch den Planetenradsatz entsprechend übersetzt. Die Drehmomente der E-Maschine sind entsprechend der Drehzahlübersetzung der Planetengetriebestufe dann höher ausgelegt. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Hybridantriebsstranganordnung auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine erste Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug,
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2 in einem schematischen Diagramm mehrere Drehmomentkennlinien der E-Maschine sowie ein an einer Antriebsstranganordnung anliegendes Drehmoment,
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3 in einer schematischen Darstellung eine zweite Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug,
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4 in einem schematischen Diagramm zwei Drehmomentkennlinien, nämlich eine Drehmomentkennlinie des maximalen Drehmomentes einer E-Maschine und eine Drehmomentkennlinie der Antriebsstranganordnung, und
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5 in einer schematischen, hälftigen Schnittansicht einen Teil der Hybridantriebsanordnung aus 3.
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In den 1, 3 und 5 sind eine Hybridantriebsanordnung 1 und 2 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Die Hybridantriebsanordnungen 1, 2 weisen jeweils eine Antriebsstranganordnung 3 bzw. 4 auf. Die Antriebsstranganordnung 3, 4 kann mehrere miteinander drehfest verbundene Bauteile aufweisen (nicht näher dargestellt), wobei hierdurch diese Bauteile alle mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Die Antriebsstranganordnung 3, 4 weist jeweils einen Verbrennungsmotoreingang 5, einen E-Maschinen-Eingang 6 und einen Ausgang 7 auf. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleichwirkende Elemente. Der Verbrennungsmotoreingang 5 ist über eine Trennkupplung K0 mit einem Verbrennungsmotor 8 bzw. über eine entsprechende Antriebswelle 25 (vgl. 5) verbindbar oder verbunden.
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Der E-Maschinen-Eingang 6 ist mit einer E-Maschine EM (Elektromaschine) über eine Planetengetriebestufe 9 koppelbar oder gekoppelt. Die Hybridantriebsanordnung 1, 2 weist hier jeweils eine E-Maschine EM auf. Die Planetengetriebestufe 9 weist ein Sonnenrad 10, mindestens einen, insbesondere mehrere Planetenräder 11 und ein Hohlrad 12 auf. Die Planentenräder 11 sind dabei über einen Steg 13 miteinander verbunden. Die Planetenräder 11 sind drehbar an dem Steg 13 gelagert.
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Zunächst dürfen die weiteren Komponenten der Hybridantriebsanordnung 1, 2 näher beschrieben werden, bevor auf die Kopplung der E-Maschine EM über die Planetengetriebestufe 9 an die Antriebsstranganordnung 3 bzw. 4 näher eingegangen werden darf.
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Der Ausgang 7 der Antriebsstranganordnung 3, 4 ist mit einem Wechselgetriebe 14 funktional wirksam verbunden. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Hybridantriebsanordnung 1, 2 ausgangsseitig mit einem Getriebe 14 in Form eines Doppelkupplungsgetriebes gekoppelt (vgl. 1 und 3). Hierzu ist der Ausgang 7 funktional wirksam mit einer Doppelkupplung 15 verbunden. Die Doppelkupplung 15 weist zwei Reibkupplungen K1, K2 auf. Die Reibkupplungen K1, K2 können beispielsweise als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Der Ausgang 7 kann dabei durch einen gemeinsamen Außenlamellenträger gebildet sein. Der gemeinsame Außenlamellenträger ist damit Teil der Antriebsstranganordnung 3, 4.
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Die Hybridantriebsanordnung 1, 2 ist als Hybridmodul ausgebildet, wobei dieses Hybridmodul eine Baueinheit bei der Montage bildet. Dieses Hybridmodul beziehungsweise die Hybridantriebsanordnung 1, 2 weist die Doppelkupplung 15 auf. Das Hybridmodul ist dabei zwischen dem Verbrennungsmotor 8 und dem Wechselgetriebe 14 anordenbar. Die Doppelkupplung 15 ist ausgangsseitig mit zwei Getriebeeingangswellen 16, 17 verbunden oder verbindbar.
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Die beiden Eingänge, nämlich der Verbrennungsmotoreingang 5 und der E-Maschinen-Eingang 6 sowie der Ausgang 7 sind derart drehfest miteinander gekoppelt, so dass der Verbrennungsmotoreingang 5 und der E-Maschinen-Eingang 6 und der Ausgang 7 drehzahlgleich umlaufen. Die Antriebsstranganordnung 3, 4 kann dabei aus mehreren Bauteilen beziehungsweise Komponenten zusammengesetzt sein, die jedoch ein Drehmomentübertragungsglied beziehungsweise eine Drehmomentübertragungskette ohne Zwischenschaltung von Übersetzungsstufen bildet.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass das Sonnenrad 10 den E-Maschinen-Eingang 6 bildet. Hierdurch ist eine kompakt bauende Hybridantriebsanordnung 1, 2 bereitgestellt, die insbesondere der Bauraumrestriktion in Zusammenhang mit einem Getriebe 14 in Form eines Doppelkupplungsgetriebes genügt. Hierbei sind drehzahlabhängige Verluste, beispielsweise Hystereseverluste im Blechpaket der E-Maschine EM oder Kupferverluste durch Stromverdrängung in den Spulen der E-Maschine EM zumindest vermindert. Die E-Maschine EM kann innerhalb eines engeren Drehzahlbandes ausgelegt werden, um so eine höhere Effizienz- und Leistungsdichte zu erzielen. Es ist eine wirkungsgradoptimierte und leistungsdichte Auslegung der E-Maschine EM möglich, um die Betriebsdrehzahl der E-Maschine EM zu senken.
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Im Folgenden darf näher auf die Hybridantriebsanordnung 1 anhand von 1 eingegangen werden:
Das Hohlrad 12 ist gehäusefest an einem Gehäuse 18 angeordnet. Hierdurch ist der Steg 13 und der E-Maschinen-Eingang 6 in Form des Sonnenrades 10 mit einer vorgegebenen Übersetzung relativ zueinander drehbar. Der in 1 nicht dargestellte Rotor der E-Maschine EM ist mit dem Steg 13 der Planetengetriebestufe 9 verbunden. Zwischen dem Steg 13 und dem Sonnenrad 10 besteht nun eine entsprechende Übersetzung. Das Sonnenrad 10 ist an die Antriebsstranganordnung 3 drehfest gekoppelt oder integral ausgebildet. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist nun eine E-Maschinen-Kupplung 19 vorgesehen, wobei der Steg 13 mit der E-Maschinen-Kupplung 19 drehfest mit der Antriebsstranganordnung 3 verbindbar ist. Durch Schließen der E-Maschinen-Kupplung 19 ist eine direkte Kopplung der E-Maschine EM an die Antriebsstranganordnung 3 möglich. Der Steg 13 und das Sonnenrad 10 laufen dabei mit gleicher Drehzahl um.
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Hierdurch sind nun unterschiedliche Fahrstrategien realisierbar. Bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten, beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 und 80 km/h ist die E-Maschinen-Kupplung 19 geschlossen und die E-Maschine EM wird in einem niedrigen, mittleren Drehzahlbereich betrieben. Der Drehzahlbereich kann beispielsweise zwischen 0 und ca. 3000 Umdrehungen pro Minute betragen. Die entsprechende Drehmomentkennlinie 20 ist in 3 dargestellt. Da die E-Maschine EM direkt mit der Antriebsstranganordnung 3 gekoppelt ist, entspricht die dargestellte Drehmomentkennlinie 20 sowohl dem von der E-Maschine EM abgegebenen Drehmoment, als auch dem von der E-Maschine EM bereitgestellten, am Ausgang 7 anliegenden Drehmoment der Antriebsstranganordnung 3. Der Steg 13 und das Sonnenrad 10 sind hier über die E-Maschinen-Kupplung 19 geblockt und drehen synchron. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, beispielsweise bei mehr als 80 km/h wird nun die E-Maschinen-Kupplung 19 geöffnet und es kommt so zu einer Drehzahlübersetzung zwischen der E-Maschine EM und der Antriebsstranganordnung 3. Hierdurch ergibt sich eine Drehzahlreduktion der E-Maschine EM. Die Drehmomente werden entsprechend der Übersetzung hoch geregelt.
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In 2 ist nun gestrichelt die Drehmomentkennlinie 21 dargestellt. Die Drehmomentkennlinie 21 entspricht dem an der Antriebsstranganordnung 3 anliegenden Drehmoment der E-Maschine EM. Die Antriebsstranganordnung 3 dreht dabei mit einer Drehzahl von mehr als 3000, insbesondere zwischen 3000 und 7000 Umdrehungen pro Minute. Dadurch, dass nun eine Drehzahlübersetzung mittels der Planetengetriebestufe 9 vorgenommen wird, ist die tatsächliche Drehzahl der E-Maschine EM, das heißt des Rotors der E-Maschine EM kleiner und dafür sind die von der E-Maschine EM aufzubringenden Drehmomente höher, wie es durch die Drehmomentkennlinie 22 ersichtlich ist. Bei diesen höheren Geschwindigkeiten beträgt die Drehzahl des Rotors beziehungsweise des Stegs 13 insbesondere ca. zwischen 1500 Umdrehungen pro Minute und 3500 Umdrehungen pro Minute. Die Drehzahl der E-Maschine EM ist hier gegenüber einer direkten Kopplung herabgesetzt. Mit der Antriebsstrang-Topologie der Hybridantriebsanordnung 1 ist es nun möglich, durch Öffnen der E-Maschinen-Kupplung 19 eine Drehzahlübersetzung zwischen der E-Maschine EM und dem Antriebsstranganordnung 3 zu generieren. Hierdurch kann die E-Maschine EM die geforderten Momente entsprechend der Übersetzung drehzahlreduziert beisteuern. Es kann dabei zwischen dem Steg 13 und dem Sonnenrad 10 zum Beispiel eine Übersetzung von i = 2,87 bestehen, womit sich die Drehmomentkennlinien 20, 21, 22 gemäß 2 ergeben. Durch diese Leistungsverzweigung der Planetengetriebestufe 9 ist eine zweigängige Anbindung der E-Maschine EM an die Antriebsstranganordnung 3 möglich. Dabei lassen sich die E-Maschine EM und der Verbrennungsmotor 8 parallel betreiben. Desweiteren hat diese Anordnung den Vorteil, dass drehzahlabhängige Ölplanschverluste im Luftspalt der E-Maschine EM reduziert werden können.
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Im Folgenden darf auf die Hybridantriebsanordnung 2 näher anhand von den 3 und 5 eingegangen werden. In dieser Ausgestaltung ist nun der Steg 13 gehäusefest an dem Gehäuse 18 angeordnet. Der Rotor 26 der E-Maschine EM ist mit dem Hohlrad 12 verbunden. Hierdurch besteht eine Übersetzung zwischen dem Sonnenrad 10 und dem Hohlrad 12 beziehungsweise zwischen dem E-Maschinen-Eingang 6 und dem Rotor 26. Bei dieser Ausgestaltung handelt es sich um eine eingängige Anbindung der E-Maschine EM an die Antriebsstranganordnung 4. Es ist keine E-Maschinen-Kupplung vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass Bauteile eingespart sind und somit Bauraum eingespart ist. Die Drehmomente der E-Maschine EM sind in dieser Ausgestaltung vorzugsweise höher ausgelegt als bei der Ausgestaltung gemäß 1 und 2 der E-Maschine EM. Dies kann durch eine Erhöhung der Anzahl der Windungen in der Spule erfolgen. Aus Sicht der Antriebsstranganordnung 4 ist die Drehzahl zur E-Maschine EM untersetzt, wodurch sich die Bemessungsspannung der E-Maschine EM im Schleppbetrieb nicht ändert.
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Der Stator 27 ist innerhalb des Gehäuses 18 angeordnet. Das Gehäuse 18 weist dabei eine Seitenwandung 28 auf. An der Seitenwandung 28 sind mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Zapfen 29 ausgebildet, wobei die Zapfen 29 hier als gehäusefester Steg 13 dienen. Die Planetenräder 11 sind an den Zapfen drehbar gelagert und stehen im kämmenden Eingriff mit dem Sonnenrad 10 und dem Hohlrad 12. Die Drehrichtung zwischen dem Sonnenrad 10 und dem Hohlrad 12 sind umgekehrt, wodurch auch die Drehrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor und der E-Maschine EM gegensinnig bzw. umgekehrt ist.
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In 4 ist durch die Kennlinie 23 das maximale Drehmoment der E-Maschine EM über die Drehzahl dargestellt. Durch die Kennlinie 24 ist das entsprechend untersetzte Drehmoment der E-Maschine EM, das an der Antriebsstranganordnung 4 anliegt, dargestellt. Durch die Planetengetriebestufe 9 ist hierbei die Drehzahl der E-Maschine EM herabgesetzt. Die maximal nötige Drehzahl bzw. die Auslegungsdrehzahl liegt vorzugsweise im Bereich von 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere weniger als 5000 Umdrehungen pro Minute. Die Auslegungsdrehzahl der E-Maschine EM kann insbesondere weniger als 5000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere weniger als 4000 Umdrehungen pro Minute betragen. Die maximale Drehzahl der Antriebsstranganordnung 4 beträgt hier ca. 7000 Umdrehungen pro Minute.
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Die Planetengetriebestufe 9 kann insbesondere eine Übersetzung (i) von der E-Maschine EM auf die die Antriebsstranganordnung 3, 4 von i größer als 2,5 insbesondere von i = 2,87 ermöglichen. Durch die hier beschriebenen Hybridantriebsanordnungen 1, 2 sind frequenzabhängige Verluste in den E-Maschinen EM zumindest vermindert. Hierzu sind die E-Maschinen EM über die Planetengetriebestufe 9 an die Antriebsstranganordnung 3, 4 derart angekoppelt, so dass hohe Drehzahlbereiche beim Betrieb der E-Maschine EM vermieden werden. Die Fliehkräfte in dem Rotor 26 sind proportional zum Quadrat der Drehzahl. Durch die Drehzahlreduktion sind daher auch die Fliehkräfte reduziert.
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Es ist eine bauraumneutrale Einbettung einer leistungsverzweigten E-Maschine EM mit geringen Auslegungsdrehzahlen in vorhandene Antriebs-Topologien ermöglicht (vgl. 1). Durch die Verwendung der Planetengetriebestufe 9 kann dies in den vorliegenden Bauraumkonventionen für Doppelkupplungsgetriebe umgesetzt werden. Die Hybridantriebsanordnung 2 hat im Vergleich zur Hybridantriebsanordnung 1 den Vorteil, dass keine weitere E-Maschinen-Kupplung benötigt wird. Die Hybridantriebsanordnung 1 hat jedoch den Vorteil, dass ein größerer Freiraum bezüglich der Fahrstrategien der E-Maschine EM in der Leistungsverzweigung mit der Antriebsstranganordnung 4 beziehungsweise der Antriebsstranganordnung 3 besteht.
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Dadurch, dass nur eine Planetengetriebestufe 9 vorgesehen ist, ist die Hybridantriebsanordnung 1, 2 kostengünstig herstellbar und kompaktbauend. Durch die Verwendung mit dem nachgeordneten Wechselgetriebe 14 besteht die Möglichkeit, eine Drehzahlsynchronisation im Wechselgetriebe 14 über die E-Maschine EM bereitzustellen.
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Dadurch, dass die Auslegungsdrehzahl der E-Maschine EM vermindert ist, ist es möglich, einen veränderten Aufbau der E-Maschine EM zu wählen. Beispielsweise ist denkbar, dass die entsprechenden Spulen der E-Maschine EM Leiter aus Rechteckdraht aufweisen. Der Leitungsquerschnitt kann dabei erhöht sein. Beispielsweise kann der Leistungsquerschnitt 2,5 mm2 betragen. Dadurch, dass Leitungen mit einem größeren Querschnitt verwendet werden können, ist die Montage der E-Maschine EM vereinfacht, da weniger Leitungen und entsprechende Anschlüsse für die Spulen bereitgestellt werden müssen. Durch die größeren Leiterquerschnitte müssen weniger Leiter in den entsprechenden Nuten der Spulen angeordnet werden. Hierdurch sinkt der Aufwand für die Verschaltung und die Isolation der Spulen. Dadurch dass die Drehzahl des Rotors 26 vermindert ist, wird der Rotor 26 durch nicht so große Fliehkräfte beansprucht. Hierdurch ist es möglich, die Bleche des Rotors 26 so zu gestalten, dass die magnetische Ausnutzung des Blechschnittes verbessert ist.
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Es sind unterschiedliche Wicklungen der entsprechenden Spulen denkbar, beispielsweise eine Wellenwicklung oder eine Hairpin-Wicklung für die Spulen möglich. Durch die Anordnung der Planetengetriebestufen 9 direkt am Rotor 26 der E-Maschine EM ist es möglich, die Lösung im vorhandenen Bauraum umzusetzen. Die Hybridantriebsanordnung 1 kann mitsamt der E-Maschine EM in die bestehenden Getriebe-/Kupplungsbaugruppen integriert bzw. gemeinsam entsprechend realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantriebsanordnung
- 2
- Hybridantriebsanordnung
- 3
- Antriebsstranganordnung
- 4
- Antriebsstranganordnung
- 5
- Verbrennungsmotoreingang
- 6
- E-Maschinen-Eingang
- 7
- Ausgang
- 8
- Verbrennungsmotor
- 9
- Planetengetriebestufe
- 10
- Sonnenrad
- 11
- Planetenrad
- 12
- Hohlrad
- 13
- Steg
- 14
- Wechselgetriebe
- 15
- Doppelkupplung
- 16
- Getriebeeingangswelle
- 17
- Getriebeeingangswelle
- 18
- Gehäuse
- 19
- E-Maschinen-Kupplung
- 20
- Drehmomentkennlinie
- 21
- Drehmomentkennlinie
- 22
- Drehmomentkennlinie
- 23
- Drehmomentkennlinie
- 24
- Drehmomentkennlinie
- 25
- Antriebswelle
- 26
- Rotor
- 27
- Stator
- 28
- Seitenwandung
- 29
- Zapfen
- EM
- E-Maschine
- K0
- Trennkupplung
- K1
- Reibkupplung
- K2
- Reibkupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008011080 A1 [0002]
- DE 102009046366 A1 [0004]
- DE 102010063311 A1 [0005]
