DE102015215074B4 - Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Getriebesystem (5) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe (2), das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors (VM), eine zweite Antriebswelle (6) zum Ankoppeln eines Elektromotors (EM) und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) aufweist, und mit einem Schaltgetriebe (8), das dem Überlagerungsgetriebe (2) triebtechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei Planetenradsätze (RS1, RS2) und eine Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (8) genau zwei elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe, das eine erste Antriebswelle zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors, eine zweite Antriebswelle zum Ankoppeln eines Elektromotors und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle aufweist, und mit einem Schaltgetriebe, das dem Überlagerungsgetriebe triebtechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Schaltgetriebe wenigstens zwei Planetenradsätze und eine Schaltgetriebeausgangswelle zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantrieb und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebesystem.
  • Bei Hybridgetrieben mit elektrisch gestützten Schaltungen kann ein Elektromotor die Lastschaltfunktion übernehmen, so dass keine konventionellen Lastschaltelemente mehr benötigt werden. Dazu wird der Elektromotor an einer anderen Welle angebunden als die Getriebeeingangswelle. Derartige Hybridgetriebe weisen den Vorteil auf, dass sie kostengünstig hergestellt werden können. Zudem weisen die Hybridgetriebe den Vorteil auf, dass die Schleppverluste an Schaltelementen und die Verluste durch die Lastschaltelementbetätigung gering sind.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Hybridgetriebe weisen jedoch den Nachteil auf, dass für den rein elektrischen Fahrbetrieb nur sehr wenige Gänge zu Verfügung stehen, die in besonders nachteiliger Weise aufgrund der fehlenden konventionellen Lastschaltelemente nicht lastschaltbar sind. Oftmals ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb sogar nur in einem einzigen Gang möglich, so dass es zumindest schwierig oder sogar ausgeschlossen ist, einen größeren Geschwindigkeitsbereich abzudecken.
  • Beispielsweise offenbart DE 10 2006 030 945 A1 ein Antriebssystem für ein Flurförderzeug. Das Antriebssystem weist ein Umlaufgetriebe auf, das mit einer ersten Welle mit einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer zweiten Welle mit einem ersten Elektromotor und mit einer dritten Welle mit einer Bremse gekoppelt ist. Mit einer vierten Welle, die seine Ausgangswelle ist, ist das Umlaufgetriebe mit einem Wendegetriebe gekoppelt. Eine Ausgangswelle des Wendegetriebes wird an einem Summiergetriebe mit einer Antriebswelle eines zweiten Elektromotors summiert, wobei eine Ausgangswelle des Summiergetriebes auf Räder des Flurförderzeugs wirkt. Das Wendegetriebe weist eine Vorwärts-, eine Rückwärts- sowie eine Neutralstellung auf.
  • Ferner offenbart die DE 11 2006 001 430 B4 einen Getriebemechanismus mit einem Verbrennungsmotor sowie zwei Elektromotoren. Der Verbrennungsmotor wirkt auf eine Eingangswelle eines Differentialabschnitts, wobei der Differentialabschnitt einen Planetenradsatz aufweist, dessen Steg mit der Eingangswelle fest verbunden ist. Die Sonne ist mit dem ersten Elektromotor verbunden, während das Hohlrad mit einer Ausgangswelle verbunden ist. An der Ausgangswelle ist hinter dem Differentialabschnitt der zweite Elektromotor angeordnet. Mittels des Differentialabschnitts ist ein stufenloser Betrieb des Verbrennungsmotors möglich, bei dem die auf die Ausgangswelle übersetzte Drehzahl durch das Drehmoment bzw. die Drehzahl des ersten Elektromotos gesteuert wird. Das Schaltgetriebe weist zumindest drei Vorwärtsgänge auf, die alle rein elektrisch betrieben werden können.
  • Ferner offenbart die DE 10 2015 211 038 A1 ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, die an einer Anschlusswelle angekoppelt ist und auf einen Steg eines ersten Planetenradsatzes wirkt, der ein Plus-Radsatz ist. An einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes greift weiterhin eine elektrische Maschine an. Der Steg und ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatz sind mit weiteren Planetenradsätzen und mehreren Schaltelementen verschaltet, so dass sich ein Getriebe mit fünf elektrischen Vorwärtsgängen ergibt.
  • Ferner offenbart die DE 10 2010 053 757 A1 ein Hybridgetriebe mit einer Überlagerungsgetriebeeinheit, die als Ravigneaux-Planetenradsatz ausgebildet ist und vier Anbindungselemente aufweist. Das Hybridgetriebe weist zumindest sieben Vorwärtsgänge auf, die allesamt rein elektrisch betreibbar sind.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das einen rein elektrischen Fahrbetrieb in einem großen Geschwindigkeitsbereich ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Getriebesystem der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Schaltgetriebe genau zwei elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.
  • Das erfindungsgemäße Getriebesystem hat den Vorteil, dass es mehrere elektrische Vorwärtsgänge für den rein elektrischen Fahrbetrieb bereitstellt. Insoweit ist es möglich auch in einem rein elektrischen Fahrbetrieb zwischen verschiedenen Gängen zu schalten und auf diese Weise einen großen Geschwindigkeitsbereich für einen rein elektrischen Fahrbetrieb für ein Kraftfahrzeug zu erreichen, das mit dem erfindungsgemäßen Getriebesystem ausgerüstet ist.
  • Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Getriebesystem eine geringe Bauteil- und Schaltelementbelastung auf. Zudem sind die Schaltelemente gut erreichbar und können im Wartungsfall daher schnell ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist in dem erfindungsgemäßen Getriebesystem die triebtechnische Verbindung zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Schaltgetriebe auf einfache Weise realisiert, indem die Überlagerungsgetriebeausgangswelle direkt oder indirekt mit dem Schaltgetriebe gekoppelt ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebesystems besteht darin, dass der Rückwärtsgang in dem Schaltgetriebe vorgesehen ist. Dadurch sind alle Überlagerungsgetriebegänge auch rückwärts fahrbar, so dass ein größerer Geschwindigkeitsbereich im Rückwärts-Fahrbetrieb erreicht wird. Darüber hinaus ist durch das Vor-sehen des Rückwärtsgangs in dem Schaltgetriebe sichergestellt, dass bei einem Defekt des Elektromotors ein verbrennungsmotorischer Rückwärts-Fahrbetrieb möglich ist. Zudem muss im Gegensatz zu den bekannten Hybridgetrieben, bei denen ein Rückwärts-Fahrbetrieb durch Drehen des Rotors des Elektromotors in eine zu dem Vorwärts-Fahrbetrieb entgegengesetzte Richtung erreicht wird, der Elektromotor nicht mehr derart ausgebildet und/oder ausgelegt sein, dass er sowohl einen Vorwärts-Fahrbetrieb als auch einen Rückwärts-Fahrbetrieb ermöglicht. Somit können im erfindungsgemäßen Getriebesystem kostengünstige Elektromotoren eingesetzt werden.
  • Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Getriebesystem den ganz besonderen Vorteil, dass durch das dem Überlagerungsgetriebe triebtechnisch nachgeschaltete Schaltgetriebe die Gangzahl des Überlagerungsgetriebes um 1 oder 2 Gänge erhöht wird.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann ein Umschalten von einem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last erfolgen. Dies kann insbesondere dann realisiert werden, wenn ein erster und zweiter Planetenradsatz des Schaltgetriebes derart ausgebildet sind, dass der Gangsprung zwischen einem ersten elektrischen Vorwärtsgang und einem zweiten elektrischen Vorwärtsgang einen Wert in einem Bereich von 1,4 bis 2,5, insbesondere in einem Bereich von 1,7 bis 2,3, vorzugsweise 1,95, aufweist. Im Ergebnis ist in dem erfindungsgemäßen Getriebesystem eine Lastschaltung im rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb möglich.
  • Das Schaltgetriebe kann wenigstens einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang für einen rein verbrennungsmotorischen Vorwärts-Fahrbetrieb aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schaltgetriebe wenigstens einen Vorwärtsgang für einen hybriden Vorwärts-Fahrbetrieb aufweisen. Der hybride Vorwärts-Fahrbetrieb erfolgt unter Verwendung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors. Der rein elektrische Vorwärts-Fahrbetrieb kann unter ausschließlicher Verwendung des an die zweite Antriebswelle angekoppelten Elektromotors erfolgen. Dies bedeutet, dass in dem Schaltgetriebe kein weiterer Elektromotor vorhanden ist oder kein weiterer Elektromotor ausschließlich an das Schaltgetriebe angekoppelt ist. Der Rückwärts-Fahrbetrieb kann rein verbrennungsmotorisch oder rein elektrisch oder unter Verwendung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors erfolgen. Im Ergebnis wird ein Getriebesystem erhalten, bei dem ein rein elektrischer Fahrbetrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb oder ein Hybridbetrieb sowohl für den Vorwärts-Fahrbetrieb als auch für den Rückwärts-Fahrbetrieb jeweils in einem großen Geschwindigkeitsbereich realisierbar ist.
  • Bei einer besonderen Ausführung ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mit dem ersten Planetenradsatz drehfest verbunden. Insbesondere kann die Über-lagerungsgetriebeausgangswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden sein. Darüber hinaus ist die Schaltgetriebeausgangswelle mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden. Insbesondere kann die Schaltgetriebeausgangswelle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden sein.
  • Im Sinne der Erfindung wird als eine „drehfeste Verbindung“ eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden, die derart ausgebildet ist, dass die beiden miteinander verbundenen Bauteile stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist nur möglich, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen kein Schaltelement angeordnet ist, da ansonsten im geöffneten Zustand des Schaltelements sich die Drehzahlen der beiden Bauteile voneinander unterscheiden können. Zudem wird im Sinne der Erfindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen als „drehfest verbindbar“ bezeichnet, wenn zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen ein Schaltelement angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Weise sind der erste Planetenradsatz und/oder der zweite Planetenradsatz mit einer ersten Getriebewelle drehfest verbunden. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die erste Getriebewelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist. Außerdem sind der erste Planetenradsatz und/oder der zweite Planetenradsatz mit einer zweiten Getriebewelle drehfest verbunden. Insbesondere kann die zweite Getriebewelle mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist. Im Ergebnis sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz mittels der ersten Getriebewelle und/oder der zweiten Getriebewelle drehfest miteinander verbunden.
  • Das Schaltgetriebe kann wenigstens drei, insbesondere genau drei, Schaltelemente aufweisen. Dadurch wird das Bereitstellen von wenigstens zwei elektrischen Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsgang durch eine geringe Anzahl von Schaltelementen ermöglicht.
  • Darüber hinaus kann das Schaltgetriebe eine dritte Getriebewelle aufweisen. Die dritte Getriebewelle kann keine schaltelementfreie Verbindung mit einem Schaltgetriebebauteil aufweisen. Dies bedeutet, dass die dritte Getriebewelle ausschließlich über Schaltelemente mit den Schaltgetriebebauteilen drehfest verbindbar ist. Im Sinne der Erfindung kann das Schaltgetriebebauteil die erste Getriebewelle und/oder die zweite Getriebewelle und/oder ein Gehäuse des Schaltgetriebebauteils sein. Das Gehäuse des Schaltgetriebebauteils kann ortsfest und/oder nicht drehbar ausgebildet sein. Natürlich kann das Schaltgetriebebauteil auch ein anderes Bauteil des Schaltgetriebes sein.
  • Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die dritte Getriebewelle mittels eines Schaltelements mit einem ersten Planetenradsatz und(oder mittels eines anderen Schaltelements mit einem zweiten Planetenradsatz drehfest verbindbar ist. Darüber hinaus kann die Getriebewelle mittels eines weiteren Schaltelements mit dem Gehäuse des Schaltgetriebes drehfest verbindbar sein. Besonders vorteilhaft ist, wenn die erste Getriebewelle mittels eines ersten Schaltelements mit der dritten Getriebewelle drehfest verbindbar ist. Die zweite Getriebewelle ist mittels eines zweiten Schaltelements mit der dritten Getriebewelle drehfest verbindbar. Insbesondere kann ein dem Steg des ersten Planetenradsatzes zugewandtes Ende der zweiten Getriebewelle mittels des zweiten Schaltelements mit der dritten Getriebewelle drehfest verbindbar sein. Alternativ oder zusätzlich ist die dritte Getriebewelle mittels des dritten Schaltelements mit dem Gehäuse drehfest verbindbar.
  • Darüber hinaus kann die dritte Getriebewelle derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sie relativ zu der ersten Getriebewelle und/oder der zweiten Getriebewelle und/oder dem Gehäuse drehbar ist. Dies ist dann möglich, wenn die Schaltelemente geöffnet sind.
  • Im Ergebnis weist das erfindungsgemäße Getriebesystem ein einfach aufgebautes Schaltgetriebe auf, das mehrere elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt. Zudem kann in dem Schaltgetriebe der oben genannte Gangsprung auf einfache Weise realisiert werden, so dass ein Umschalten von dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in den zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last möglich ist.
  • Bei einer ganz besonderen Ausführung kann wenigstens ein Schaltelement ein Lastschaltelement sein. Die restlichen Schaltelemente können lastfrei zu schaltende Schaltelement sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass alle drei Schaltelemente Lastschaltelemente sind. In diesem Fall können eine Zughochschaltung oder eine Zugrückschaltung, eine Schubhochschaltung oder eine Schubrückschaltung und das Umschalten von dem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang oder umgekehrt jeweils unter Last erfolgen.
  • Als lastfrei zu schaltende Schaltelemente werden im Sinne der Erfindung alle Lastschaltelemente bezeichnet, die für eine konventionelle Lastschaltung nicht geeignet sind. Bei diesen Schaltelementen handelt es sich beispielsweise um formschlüssige Schaltelemente oder um Schaltelemente, die reibschlüssig aber nicht reibleistungsfähig sind. Nicht reibleistungsfähige Schaltelemente können Schaltelemente sein, die keine Kühlung aufweisen und/oder die nicht kontinuierlich, sondern digital regelbar sind.
  • Bei einem lastfreien Schalten werden die beiden Schaltelementteile zur Synchronisierung der Drehzahl miteinander verbunden, ohne dass ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen wird. Dagegen wird bei einem Schalten unter Last neben der Synchronisierung der Drehzahl ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen.
  • Ein erster elektrischer Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements eingestellt werden, wobei das zweite Schaltelement geöffnet ist. Ein Umschalten aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in den zweiten elektrischen Vorwärtsgang kann durch Schließen des zweiten Schaltelements und Öffnen des dritten Schaltelements realisiert werden. Der Rückwärtsgang kann durch Schließen des zweiten und dritten Schaltelements eingestellt werden, wobei das erste Schaltelement geöffnet ist. Somit weist das erfindungsgemäße Getriebesystem in vorteilhafter Weise ein einziges, offenes Schaltelement pro Gang auf.
  • Das Überlagerungsgetriebe kann in unterschiedliche Überlagerungsgetriebegänge umgeschaltet werden. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe eine Vielzahl von Vorwärtsgängen für einen verbrennungsmotorischen Vorwärts-Fahrbetrieb zur Verfügung stellt, so dass ein großer Geschwindigkeitsbereich abgedeckt werden kann. Das Überlagerungsgetriebe kann ein rückwärtsgangloses Überlagerungsgetriebe sein. Dies bedeutet, dass das Überlagerungsgetriebe keinen Rückwärtsgang aufweist, wodurch sich der Aufbau des Überlagerungsgetriebes vereinfacht. Das Überlagerungsgetriebe kann in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar sein, in dem die erste Antriebswelle, die zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, von der Überlagerungsgetriebeausgangswelle entkoppelt ist. Ein derartiger Überlagerungsgetriebegang kann insbesondere für einen rein elektrischen Fahrbetrieb verwendet werden.
  • Analog kann, alternativ oder zusätzlich, auch vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar ist, in dem die zweite Antriebswelle, die zum Ankoppeln des Elektromotors vorgesehen ist, von der Überlagerungsgetriebeausgangswelle entkoppelt ist. Ein solcher Überlagerungsgetriebegang kann insbesondere für einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb dienen.
  • Darüber hinaus kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar ist, in dem die an der ersten Antriebswelle und an der zweiten Antriebswelle anliegenden Drehmomente addiert an die Überlagerungsgetriebeausgangswelle übertragen werden. Ein solcher Überlagerungsgetriebegang dient insbesondere für einen Hybridfahrbetrieb.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung des Getriebesystems weist das Überlagerungsgetriebe wenigstens einen weiteren Planetenradsatz auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe mehrere miteinander koppelbare weitere Planetenradsätze aufweist, wobei die Kopplung der weiteren Planetenradsätze mittels wenigstens eines weiteren Schaltelements erfolgen kann. Das Überlagerungsgetriebe kann zur Bereitstellung mehrerer Überlagerungsgetriebegänge mehrere weitere Planetenradsätze aufweisen, deren Einzelkomponenten mit wenigstens einem weiteren Schaltelement in unterschiedlichen Wirkkombinationen miteinander koppelbar oder voneinander entkoppelbar sind.
  • Bei einer ganz besonderen Ausführung sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz als Minusplanetenradsätze ausgebildet. Es ist jedoch möglich, eine funktionsgleiche Variante zu realisieren, bei der wenigstens einer der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass gleichzeitig die Steg- und Hohlrad-Anbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu einer Ausführung mit einem Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
  • Der Elektromotor kann in einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse des Überlagerungsgetriebes, angeordnet sein. Insbesondere bei einer solchen Ausführung kann der Elektromotor vorteilhaft koaxial, insbesondere zur zweiten Antriebswelle, angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass der Elektromotor achsparallel angeordnet und beispielsweise über ein Zugmitteltrieb oder eine Stirnradübersetzung und/oder ein Kegelradgetriebe triebtechnisch angekoppelt ist.
  • Der Elektromotor kann auf unterschiedlichste Weise angekoppelt sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist oder wirkverbindbar ist. Für den Fall, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist, sind keine Schaltelemente zwischen dem Elektromotor und der zweiten Antriebswelle angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Antriebswelle wenigstens teilweise Bestandteil des Elektromotors ist. Dies beispielsweise dadurch, dass sie unmittelbar mit dem Rotor des Elektromotors verbunden oder verbindbar ist.
  • In vorteilhafter Weise können die Planetenradsätze des Schaltgetriebes axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb eines an die erste Antriebswelle angekoppelten Verbrennungsmotors in der Reihenfolge: erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet sein. Die Betrachtung erfolgt somit ausgehend von der Antriebsseite, insbesondere ausgehend von dem Verbrennungsmotor und dem mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Überlagerungsgetriebe, in Kraftflussrichtung.
  • Von besonderem Vorteil ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, der ein erfindungsgemäßes Getriebesystem aufweist, wobei an die erste Antriebswelle ein Verbrennungsmotor und an die zweite Antriebswelle ein Elektromotor angekoppelt ist. Darüber hinaus ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem und/oder mit einem solchen Hybridantrieb von besonderem Vorteil.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
    • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
    • 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebes mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
    • 3 eine Schaltmatrix für die in den 1 und 2 gezeigten Schaltgetriebe.
  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5. Das Getriebesystem 5 weist ein Überlagerungsgetriebe 2 und ein Schaltgetriebe 8 auf. Das Überlagerungsgetriebe 2 weist eine erste Antriebswelle An zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors VM und eine zweite Antriebswelle 6 zum Ankoppeln eines Elektromotors EM auf. Zudem weist das Überlagerungsgetriebe 2 eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 auf.
  • Dem Überlagerungsgetriebe 2 ist das Schaltgetriebe 8 triebtechnisch nachgeschaltet. Insbesondere ist das Schaltgetriebe 8 mit der Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 drehfest verbunden. Das Schaltgetriebe 8 weist eine Schaltgetriebeausgangswelle Ab zur direkten oder indirekten Ankopplung an wenigstens ein (nicht dargestelltes) Antriebsrad eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs auf. Darüber hinaus weist das Schaltgetriebe 8 wenigstens zwei (in dieser Figur nicht dargestellte) Planetenradsätze auf und stellt wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereit.
  • 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5 für ein Kraftfahrzeug. Das Getriebesystem 5 weist neben dem Überlagerungsgetriebe 2 das Schaltgetriebe 8 auf, das zwei Planetenradsätze, nämlich einen ersten Planetenradsatz RS1 und einen zweiten Planetenradsatz RS2, und drei Schaltelemente aufweist, nämlich ein erstes Schaltelement K1, ein zweites Schaltelement K2 und ein drittes Schaltelement B1. Dabei können das erste und zweite Schaltelement K1, K2 als Kupplung und das dritte Schaltelement B1 als Bremse ausgebildet sein.
  • Das Schaltgetriebe 8 ist dem Überlagerungsgetriebe 2 triebtechnisch nachgeschaltet. Insbesondere ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbunden. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit einer ersten Getriebewelle 3 drehfest verbunden. Der Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit einer zweiten Getriebewelle 4 drehfest verbunden.
  • Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der ersten Getriebewelle 3 drehfest verbunden, so dass die erste Getriebewelle 3 das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbindet. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der zweiten Getriebewelle 4 drehfest verbunden. Somit verbindet die zweite Getriebewelle 4 den Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2. Die Schaltgetriebeausgangswelle Ab ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden.
  • Zudem weist das Schaltgetriebe 8 eine dritte Getriebewelle 9 auf, die keine schaltelementfreie Verbindung mit der ersten Getriebewelle 3 und der zweiten Getriebewelle 4 und einem Gehäuse G des Schaltgetriebes 8 aufweist. Die dritte Getriebewelle 9 ist mittels des ersten Schaltelements K1 mit der ersten Getriebewelle 3 drehfest verbindbar. Zudem ist die dritte Getriebewelle 9 mittels des zweiten Schaltelements K2 mit der zweiten Getriebewelle 4 drehfest verbindbar. Insbesondere ist die dritte Getriebewelle 9 mittels des zweiten Schaltelements K2 mit einem Ende der zweiten Getriebewelle 4 drehfest verbindbar, das dem Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 zugewandt ist. Außerdem ist die dritte Getriebewelle 9 mittels des dritten Schaltelements B1 mit dem Gehäuse G des Schaltgetriebes 8 drehfest verbindbar. Da die dritte Getriebewelle 9 ausschließlich über Schaltelemente mit den Schaltgetriebebauteilen drehfest verbindbar ist, ist im geöffneten Zustand aller Schaltelemente die dritte Getriebewelle 9 relativ zu der ersten Getriebewelle 3, der zweiten Getriebewelle 4 und dem Gehäuse G drehbar.
  • Die Schaltmatrix für die in den 1 und 2 gezeigten Schaltgetriebe 8 ist in 3 dargestellt. Das Schaltgetriebe 8 weist zwei elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb auf. Der erste elektrische Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten und dritten Schaltelements K1, B1 realisiert werden, wobei das zweite Schaltelement K2 geöffnet ist. Ein Umschalten von dem ersten Vorwärtsgang in den zweiten Vorwärtsgang kann durch Öffnen des dritten Schaltelements B1 und durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 realisiert werden. Ein Rückwärtsgang ist durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 und des dritten Schaltelements B1 realisierbar, wobei das erste Schaltelement K1 geöffnet ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantrieb
    2
    Überlagerungsgetriebe
    3
    erste Getriebewelle
    4
    zweite Getriebewelle
    5
    Getriebesystem
    6
    zweite Antriebswelle
    7
    Überlagerungsgetriebeausgangswelle
    8
    Schaltgetriebe
    9
    dritte Getriebewelle
    G
    Gehäuse
    K1
    erstes Schaltelement
    K2
    zweites Schaltelement
    B1
    drittes Schaltelement
    An
    erste Antriebswelle
    Ab
    Schaltgetriebeausgangswelle
    EM
    Elektromotor
    VM
    Verbrennungsmotor
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz

Claims (15)

  1. Getriebesystem (5) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe (2), das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors (VM), eine zweite Antriebswelle (6) zum Ankoppeln eines Elektromotors (EM) und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) aufweist, und mit einem Schaltgetriebe (8), das dem Überlagerungsgetriebe (2) triebtechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei Planetenradsätze (RS1, RS2) und eine Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (8) genau zwei elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.
  2. Getriebesystem (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Umschalten von einem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last erfolgt und/oder dass b. ein erster Planetenradsatz (RS1) und ein zweiter Planetenradsatz (RS2) derart ausgebildet sind, dass ein Gangsprung zwischen einem ersten Vorwärtsgang und einem zweiten Vorwärtsgang einen Wert im Bereich von 1,4 bis 2,5 aufweist und/oder dass c. das Schaltgetriebe (8) wenigstens einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang für einen rein verbrennungsmotorischen Vorwärtsgang-Fahrbetrieb aufweist und/oder dass d. das Schaltgetriebe (8) wenigstens einen Vorwärtsgang für einen hybriden Vorwärts-Fahrbetrieb aufweist.
  3. Getriebesystem (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbunden ist.
  4. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden ist.
  5. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und/oder ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einer ersten Getriebewelle (3) drehfest verbunden sind.
  6. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und/oder ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit einer zweiten Getriebewelle (4) drehfest verbunden sind.
  7. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltgetriebe (8) eine dritte Getriebewelle (9) aufweist und/oder dass b. das Schaltgetriebe (8) eine dritte Getriebewelle (9) aufweist, die keine schaltelementfreie Verbindung mit einem Schaltgetriebebauteil aufweist und/oder dass c. das Schaltgetriebe (8) eine dritte Getriebewelle (9) aufweist, die relativ zu einer ersten Getriebewelle (3) und/oder einer zweiten Getriebewelle (4) und/oder einem Gehäuse (G) drehbar ist.
  8. Getriebesystem (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebewelle (3) mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit der dritten Getriebewelle (9) drehfest verbindbar ist.
  9. Getriebesystem (5) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass a. die zweite Getriebewelle (4) mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit der dritten Getriebewelle (9) drehfest verbindbar ist und/oder dass b. ein dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) zugewandtes Ende der zweiten Getriebewelle (4) mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit der dritten Getriebewelle (9) drehfest verbindbar ist.
  10. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Getriebewelle (9) mittels eines dritten Schaltelements (B1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist.
  11. Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltelement ein Lastschaltelement ist.
  12. Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen eines ersten Schaltelements (K1) und eines dritten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei ein zweites Schaltelement (K2) geöffnet ist oder dass b. ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen eines ersten Schaltelements (K1) und eines dritten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei ein zweites Schaltelement (K2) geöffnet ist und dass ein Umschalten aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang durch Schließen eines zweiten Schaltelements (K2) und Öffnen des dritten Schaltelements (B1) realisierbar ist oder dass c. ein Rückwärtsgang durch Schließen eines zweiten Schaltelements (K2) und eines dritten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei ein erstes Schaltelement (K1) geöffnet ist.
  13. Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Überlagerungsgetriebe (2) in unterschiedliche Überlagerungsgetriebegänge umschaltbar ist, und/oder dass b. das Überlagerungsgetriebe (2) ein rückwärtsgangloses Überlagerungsgetriebe (2) und/oder dass c. das Überlagerungsgetriebe (2) mehrere miteinander gekoppelte weitere Planetenradsätze aufweist.
  14. Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Antriebswelle (An) ein Verbrennungsmotor (VM) und an die zweite Antriebswelle (6) ein Elektromotor angekoppelt sind.
  15. Kraftfahrzeug mit einem Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem Hybridantrieb nach Anspruch 14.
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