DE102016200583A1 - Hybridgetriebe - Google Patents

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DE102016200583A1
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Christian Nikolaizig
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Es wird ein Hybridgetriebe mit einer Antriebswelle (1) vorgeschlagen, die mit einem Antriebsmotor (2) eines Fahrzeuges und mit einer elektrischen Maschine (3) verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine erste Stirnradstufe (4) und eine zweite Stirnradstufe (5) mit einer ersten Hauptwelle (6) und einer zweiten Hauptwelle (7) verbindbar ist, wobei den Stirnradstufen (4, 5) Schaltelemente (8, 9) zugeordnet sind und ein Planetenradsatz (10) vorgesehen ist, so dass zumindest vier Übersetzungsstufen realisierbar sind, wobei die elektrische Maschine (3) mit einem ersten Element des Planentenradsatzes (10) verbunden ist, wobei ein zweites Element des Planetenradsatzes (10) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist und wobei ein drittes Element des Planentenradsatzes (10) fixiert ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2011 089 710 A1 ist ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt, der einen Verbrennungsmotor mit einer Antriebswelle und eine als Motor und als Generator betreibbare elektrische Maschine mit einem Rotor sowie ein mehrstufiges Schaltgetriebe umfasst. Somit sind eine erste Antriebswelle, die mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist und eine zweite Antriebswelle, die mit der elektrischen Maschine verbunden ist, vorgesehen. Die beiden Antriebswellen sind über mindestens drei weitere Stirnradstufen mit Hauptwellen koppelbar, die über eine weitere gemeinsame Stirnradstufe mit dem Abtrieb verbunden sind. Die elektrische Maschine ist über einen Planetenradsatz fest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Aufgrund des vorbeschriebenen Aufbaus des bekannten Hybridgetriebes ergibt sich aufgrund der Vielzahl von erforderlichen Stirnradstufen ein Bauraum aufwändiger Radsatz.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Hybridgetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welches bauraumsparend und kostengünstig realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
  • Somit wird ein Hybridgetriebe bzw. ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einer Antriebswelle, die mit einem Antriebsmotor des Fahrzeuges und mit einer elektrischen Maschine verbindbar bzw. koppelbar ist, vorgeschlagen, wobei die Antriebswelle über eine erste Stirnradstufe und eine zweite Stirnradstufe mit einer ersten Hauptwelle und einer zweiten Hauptwelle verbindbar ist, wobei den Stirnradstufen Schaltelemente zugeordnet sind und ein Planetenradsatz vorgesehen ist, so dass zumindest vier Übersetzungsstufen realisierbar sind. Um einen möglichst bauraumsparenden und kostengünstigen Radsatz zu realisieren, ist die elektrische Maschine mit dem ersten Element des Planentenradsatzes verbunden, wobei das zweite Element indirekt mit der Antriebswelle verbunden ist und wobei das dritte Element des Planentenradsatzes fixiert ist.
  • Auf diese Weise wird ein besonders kompakt aufgebautes Getriebe realisiert, welches über vier mögliche Übersetzungsstufen verfügt, die sowohl antriebsmotorseitig bzw. verbrennungsmotorisch als auch elektromotorisch realisierbar sind. Das Getriebe verfügt über einen über die elektrische Maschine angetriebenen Planetenradsatz, bei dem das dritte Element des Planentenradsatzes festgesetzt ist, indem dieses z. B. mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das zweite Element direkt oder indirekt z. B. über einen in beide Drehrichtungen sperrbaren Freilauf wahlweise auch über eine Kupplung, Klaue oder eine Synchronisierung mit dem Hauptgetriebe bzw. mit der Antriebswelle verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Anbindung des Planentenradsatzes kann eine gewünschte Drehzahlreduzierung bei der elektrischen Maschine realisiert werden, um diese an das Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors anzupassen.
  • Durch die vorbeschriebene Anbindung der elektrischen Maschine kann beispielsweise bei geöffneter Anfahrkupplung zwischen dem Antriebsmotor und der Antriebswelle voll elektrisch gefahren werden. Durch den in beide Richtungen sperrbaren Freilauf ist sowohl elektrisches Fahren als auch ein Rekuperieren mit der elektrischen Maschine möglich.
  • Eine besonders radialen Bauraum einsparende Anordnung kann dadurch realisiert werden, dass die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle und der Planetenradsatz radial innerhalb der elektrischen Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine verschachtelte Bauweise von elektrischer Maschine und Planetenradsatz. Der Freilauf und damit das zweite Element des Planentenradsatzes ist bei dieser Ausführung vorzugsweise mit einer der Festverzahnungen der Antriebswelle verbunden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die elektrische Maschine und der Planetenradsatz koaxial zu einer Abtriebswelle angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine und der Planetenradsatz beispielsweise axial hintereinander auf der Abtriebswelle angeordnet sind. Hierbei ist es möglich, dass der Planetenradsatz und die elektrische Maschine als Hohlwellenausführung koaxial zu den z. B. als Achswellen ausgeführten Abtriebswellen angeordnet sind. Somit ergibt sich hierbei eine besonders axialen Bauraumbedarf einsparende Anordnung. Der Freilauf und damit das zweite Element des Planentenradsatzes ist bei dieser Ausführung mit einem Losrad der Abtriebswelle gekoppelt, welches wahlweise direkt in eine der Festverzahnungen der Antriebswelle bzw. in eines der Losräder auf den Hauptwellen eingreift. Somit sind je nach Kombination drei oder vier der Übersetzungsstufen elektrisch und vier der Übersetzungsstufen verbrennungsmotorisch fahrbar.
  • Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Hybridgetriebe kann bevorzugt als bauraumsparendes und kostengünstiges Getriebe bei kleineren Fahrzeugen insbesondere bei einem Frontquerantrieb eingesetzt werden. Es ist sowohl möglich, dass das Hybridgetriebe als Handschaltgetrieberadsatz oder auch als Automatikgetrieberadsatz ausgeführt ist.
  • Als Planetenradsatz kann z. B. ein Minus-Planetenradsatz vorgesehen sein. Es ist jedoch möglich, an Stellen, wo es die Bindbarkeit zulässt, der Minus-Planetenradsatz in einen Plus-Planetenradsatz umzuwandeln, wenn gleichzeitig die Steg- und die Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standardübersetzung um den Wert 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an dem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes mit koaxial zur Antriebswelle angeordneter elektrischen Maschine;
  • 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Hybridgetriebes mit koaxial zur Abtriebswelle angeordneter elektrischen Maschine;
  • 3 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführung des Hybridgetriebes gemäß 2; und
  • 4 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführung der zweite Ausführungsvariante gemäß 2.
  • In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes zum Einsatz bei einem Kraftfahrzeug vorzugsweise mit einem Frontquerantrieb beispielhaft dargestellt.
  • Das vorgeschlagene Hybridgetriebe umfasst eine Antriebswelle 1, die über eine Anfahrkupplung 28 und einen Torsionsschwingungsdämpfer 27 mit einem Antriebsmotor 2 eines Fahrzeuges verbunden ist. Ferner ist die Antriebswelle 1 mit einer elektrischen Maschine 3 verbindbar. Die Antriebswelle 1 ist über eine erste Stirnradstufe 4 und über eine zweite Stirnradstufe 5 mit einer ersten Hauptwelle 6 und einer zweiten Hauptwelle 7 verbindbar. Losrädern 17, 18, 20, 21 der Stirnradstufen 4, 5 auf deren Hauptwellen 6, 7 sind jeweils ein Doppelschaltelement 8, 9 schaltbar.
  • Die elektrische Maschine 3 ist über einen Planetenradsatz 10 mit der Antriebswelle 1 koppelbar, sodass zumindest vier Übersetzungsstufen über den Antriebsmotor bzw. die elektrische Maschine 3 realisierbar sind. Um eine besonders kompakte Bauweise zu realisieren, ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 mit dem ersten Element des Planetenradsatzes 10, welches bei einem Minus-Planetenradsatz ein Sonnenrad 11 ist, verbunden, dass das zweite Element des Planentenradsatzes 10, welches bei einem Minus-Planetenradsatz ein Planetenradträger 12 ist, über einen Freilauf 13 mit der Antriebswelle 1 verbindbar ist und dass das dritte Element des Planetenradsatzes 10, welches bei einem Minus-Planetenradsatz ein Hohlrad 14 ist, mit dem Gehäuse 15 verbunden ist.
  • Als Freilauf 13 ist ein in beide Drehrichtungen schaltbarer bzw. sperrbarer Freilauf 13 vorgesehen. Beispielsweise kann als Freilauf 13 auch ein Schaltelement, wie zum Beispiel eine Kupplung, eine Klaue oder eine Synchronisierung vorgesehen sein.
  • Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass der Antriebswelle 1 als Festradverzahnung ein Festrad 16 der ersten Stirnradstufe 4 zugeordnet ist, welches sowohl mit dem Losrad 17 auf der ersten Hauptwelle 6 als auch mit einem Losrad 18 auf der zweiten Hauptwelle 7 in Eingriff steht. Die Antriebswelle 1 weist als zweite Festverzahnung ein weiteres Festrad 19 der zweiten Stirnradstufe 5 auf, welches sowohl mit einem Losrad 20 auf der ersten Hauptwelle 6 als auch mit einem Losrad 21 auf der zweiten Hauptwelle 7 in Eingriff steht. Die Losräder 17, 20 der ersten Hauptwelle 6 können über das Doppelschaltelement 8 mit der Hauptwelle 6 verbunden werden, während die Losräder 18, 21 der zweiten Hauptwelle 7 über das Doppelschaltelement 9 mit der zweiten Hauptwelle 7 verbindbar sind.
  • Die erste Hauptwelle 6 weist als Festverzahnung ein Festrad 22 auf und die zweite Hauptwelle 7 weist als Festverzahnung ein Festrad 23 auf, die jeweils mit einem Festrad eines Differenzials 24 kämmen, wobei das Differenzial 24 mit zum Beispiel als Achswellen ausgeführten Abtriebswellen 25, 26 verbunden ist, die den Frontquerantrieb am Fahrzeug bilden.
  • In 1 ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 und der Planetenradsatz 10 koaxial zur Antriebswelle 1 angeordnet sind, wobei der Planetenradsatz 10 radial innerhalb der elektrischen Maschine 3 verschachtelt bzw. angeordnet ist. Die Anbindung des Planetenradsatzes 10 bei dem als Minus-Planetenradsatz dargestellten Radsatz erfolgt über den Planetenradträger 12, der über den Freilauf 13 mit dem Festrad 19 der Antriebswelle 1 bzw. der zweiten Stirnradstufe 5 verbunden ist. Es ist auch denkbar, dass der Freilauf 13 mit dem Festrad 16 der ersten Stirnradstufe 4 verbunden ist.
  • In den 2 bis 4 ist eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes dargestellt, bei der die elektrische Maschine 3 und der Planetenradsatz 10 koaxial zu der Abtriebswelle 25 angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine 3 und der Planetenradsatz axial hintereinander auf der Abtriebswelle 25 angeordnet sind.
  • Bei der Ausführung gemäß 2 ist das zweite Element des Planetenradsatzes 10, welches bei dem dargestellten Minus-Planetenradsatz dem Planetenradträger 12 entspricht, über den Freilauf 13 mit einem weiteren Losrad 29 der Abtriebswelle 25 verbunden. Das Losrad 29 kämmt mit dem Losrad 21 der zweiten Stirnradstufe 5 auf der zweiten Hauptwelle 7 und steht somit in Verbindung mit dem Festrad 19 der Antriebswelle 1.
  • Im Unterschied dazu ist bei der Ausführung gemäß 3 vorgesehen, dass das Losrad 29 auf der Abtriebswelle 25 direkt mit dem Festrad 19 der Antriebswelle 1 kämmt.
  • Bei der Ausführung gemäß 4 ist dagegen vorgesehen, dass das Losrad 29 auf der Abtriebswelle 25 mit dem Losrad 20 auf der ersten Hauptwelle 6 der zweiten Stirnradstufe 5 kämmt.
  • Bei den dargestellten Ausführungsvarianten ist als Planetenradsatz ein Minus-Planetenradsatz beispielhaft dargestellt, demzufolge gilt hierfür, dass das erste Element des Planentenradsatzes 10 ein Sonnenrad 11 ist, dass das zweite Element des Planentenradsatzes 10 ein Planetenradträger 12 ist und dass das dritte Element des Planentenradsatzes 10 ein Hohlrad 14 ist. Wenn dagegen ein Plus-Planetenradsatz verwendet wird, gilt, dass das erste Element des Planetenradsatzes 10 ein Sonnenrad 11 ist, dass das zweite Element des Planentenradsatzes 10 ein Hohlrad 14 ist und dass das dritte Element des Planentenradsatzes 10 ein Planetenradträger 12 ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebswelle
    2
    Antriebsmotor
    3
    elektrischen Maschine
    4
    erste Stirnradstufe
    5
    zweite Stirnradstufe
    6
    erste Hauptwelle
    7
    zweite Hauptwelle
    8
    Doppelschaltelement
    9
    Doppelschaltelement
    10
    Planetenradsatz
    11
    Sonnenrad
    12
    Planetenradträger
    13
    Freilauf
    14
    Hohlrad
    15
    Gehäuse
    16
    Festrad auf der Antriebswelle
    17
    Losrad auf der ersten Hauptwelle
    18
    Losrad auf der zweiten Hauptwelle
    19
    Festrad auf der Antriebswelle
    20
    Losrad auf der ersten Hauptwelle
    21
    Losrad auf der zweiten Hauptwelle
    22
    Festrad auf der ersten Hauptwelle
    23
    Festrad auf der zweiten Hauptwelle
    24
    Differenzial bzw. Verteilergetriebe
    25
    Abtriebswelle
    26
    Abtriebswelle
    27
    Torsionsschwingungsdämpfer
    28
    Anfahrkupplung
    29
    Losrad der Abtriebswelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011089710 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Hybridgetriebe mit einer Antriebswelle (1), die mit einem Antriebsmotor (2) eines Fahrzeuges und mit einer elektrischen Maschine (3) verbindbar ist, wobei die Antriebswelle (1) über eine erste Stirnradstufe (4) und eine zweite Stirnradstufe (5) mit einer ersten Hauptwelle (6) und einer zweiten Hauptwelle (7) verbindbar ist, wobei den Stirnradstufen (4, 5) Schaltelemente (8, 9) zugeordnet sind und ein Planetenradsatz (10) vorgesehen ist, so dass zumindest vier Übersetzungsstufen realisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) mit einem ersten Element des Planentenradsatzes (10) verbunden ist, dass ein zweites Element des Planetenradsatzes (10) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist und dass ein drittes Element des Planentenradsatzes (10) fixiert ist.
  2. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element des Planetenradsatzes (10) über einen in beide Drehrichtungen sperrbaren Freilauf (13) mit der Antriebswelle (1) verbunden ist.
  3. Hybridgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) koaxial zur Antriebswelle (1) angeordnet ist.
  4. Hybridgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (10) radial innerhalb der elektrischen Maschine (3) koaxial zur Antriebswelle (1) angeordnet ist.
  5. Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element des Planentenradsatzes (10) über den Freilauf (13) mit einem Festrad (16, 19) der Antriebswelle (1) der ersten Stirnradstufe (4) oder der zweiten Stirnradstufe (5) verbunden ist.
  6. Hybridgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) und der Planetenradsatz (10) koaxial zu einer Abtriebswelle (25, 26) angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine (3) und der Planetenradsatz (10) axial hintereinander angeordnet sind.
  7. Hybridgetriebe nach Anspruch 6 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element des Planentenradsatzes (10) über den Freilauf (13) mit einem Losrad der Abtriebswelle (25) verbunden ist, welches mit einem Losrad (17, 18, 20, 21) der ersten Stirnradstufe (4) oder der zweiten Stirnradstufe (5) in Eingriff steht.
  8. Hybridgetriebe nach Anspruch 6 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element des Planentenradsatzes (10) über den Freilauf (13) mit einem Losrad der Abtriebswelle (25) verbunden ist, welches mit einem Festrad (16, 19) der Antriebswelle (1) in Eingriff steht
  9. Hybridgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnradstufe (4) und die zweite Stirnradstufe (5) jeweils ein Festrad (16, 19) der Antriebswelle (1) umfasst, die jeweils mit schaltbaren Losräder (17, 18, 20, 21) der ersten Hauptwelle (6) und der zweiten Hauptwelle (7) in Eingriff stehen, wobei jeweils ein Festrad (22) der ersten Hauptwelle (6) und ein Festrad (23) der zweiten Hauptwelle (7) über ein Differenzial (24) mit den Abtriebswellen (25, 26) verbunden sind.
  10. Hybridgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des Planetenradsatzes (10) ein Sonnenrad (11) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element des Planetenradsatzes (10) ein Planetenradträger (12) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist und dass das dritte Element des Planetenradsatzes (10) ein Hohlrad (14) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
  11. Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn-zeichnet, dass das erste Element des Planetenradsatzes (10) ein Sonnenrad (11) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element des Planetenradsatzes (10) ein Hohlrad (14) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, und dass das dritte Element des Planetenradsatzes (10) ein Planetenradträger (12) ist, wenn der Planetenradsatz (10) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
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