DE102016216474A1 - Getriebe mit einem Elektromotor für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Getriebe, insbesondere ein Handschaltgetriebe, für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, insbesondere für einen PKW, hat eine erste Welle (12), eine zur ersten Welle (12) parallele zweite Welle (14), wenigstens eine zur zweiten Welle (14) koaxial verlaufende Zwischenwelle (16, 18, 20), wenigstens ein Planetengetriebe (40, 42) und einen Elektromotor (22), der eine Elektromotorausgangswelle (24) aufweist, wobei die erste Welle (12) und die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) jeweils ein Stirnrad (26, 28, 32, 34) aufweisen, die miteinander kämmen, und die die erste Welle (12) und die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) drehfest miteinander verbinden können, wobei die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) die Antriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes (40, 42) und die zweite Welle (14) die Abtriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes (40, 42) ist oder umgekehrt, und wobei die Elektromotorausgangswelle (24) drehfest mit der ersten Welle (12) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Handschaltgetriebe, für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, insbesondere für einen PKW, wobei das Getriebe zudem einen Elektromotor aufweist.
  • Fahrzeuge, bei denen sowohl ein Verbrennungsmotor als auch ein Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, sind bekannt. Üblicherweise wird hierzu ein Elektromotor an den Antriebsstrang des Verbrennungsmotors angebunden.
  • Beispielsweise wird der Elektromotor zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe des Fahrzeugs angeordnet. Hierdurch wird jedoch die Baulänge des Antriebsstranges vergrößert, da der Elektromotor nun zwischen dem Getriebe und dem Verbrennungsmotor Platz haben muss. Dies ist jedoch aufgrund des geringen Platzangebotes in einem Fahrzeug nachteilig.
  • Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe mit einem Elektromotor für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, das einen geringen Bauraum benötigt.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe, insbesondere ein Handschaltgetriebe, für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, insbesondere für einen PKW, mit einer ersten Welle, die insbesondere die Getriebeeingangswelle ist, einer zur ersten Welle parallelen zweiten Welle, die insbesondere die Getriebeausgangswelle ist, wenigstens einer zur zweiten Welle koaxial verlaufenden Zwischenwelle, wenigstens einem Planetengetriebe und einem Elektromotor, der eine Elektromotorausgangswelle aufweist,
    wobei die erste Welle und die wenigstens eine Zwischenwelle jeweils ein Stirnrad aufweisen, die miteinander kämmen, und die die erste Welle und die wenigstens eine Zwischenwelle drehfest miteinander verbinden können,
    wobei die wenigstens eine Zwischenwelle die Antriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes und die zweite Welle die Abtriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes ist oder umgekehrt, und
    wobei die Elektromotorausgangswelle drehfest mit der ersten Welle verbunden ist.
  • Dadurch, dass die Elektromotorausgangswelle drehfest mit der ersten Welle verbunden ist, wird das Drehmoment des Elektromotors direkt, ggf. nach einer Übersetzung, auf die erste Welle des Getriebes übertragen. Somit ist zur Ankopplung des Elektromotors kein zusätzlicher Abschnitt des Antriebsstranges notwendig, der den Bauraum des Getriebes bzw. des Antriebstranges vergrößern würde. Die Ankopplung des Drehmomentes des Elektromotors direkt auf die erste Welle des Getriebes ist deshalb möglich, da das Getriebe neben Stirnrädern auch wenigstens ein Planetengetriebe bzw. wenigstens einen Planetenradsatz aufweist, wodurch genügend Platz auf der Eingangswelle zur Ankopplung des Drehmomentes des Elektromotors zur Verfügung steht.
  • Vorzugsweise ist die Elektromotorausgangswelle mit dem Stirnrad der ersten Welle drehfest verbunden, sodass das Drehmoment des Elektromotors in den Antriebsstrang über das Stirnrad der ersten Welle eingekoppelt wird. Dabei kann das Stirnrad, an dem das Drehmoment des Elektromotors eingekoppelt wird, das gleiche Stirnrad sein, das mit dem Stirnrad der Zwischenwelle kämmt. Hierdurch ist eine noch kompaktere Ausführung des Getriebes möglich.
  • Beispielsweise ist die Elektromotorausgangswelle parallel zur ersten Welle und zur zweiten Welle angeordnet. Somit liegt auch die Längsachse des Elektromotors parallel zur ersten Welle. Dadurch wird der benötigte Bauraum für das Getriebe in Radialrichtung in Bezug auf die erste Welle nur geringfügig vergrößert, während in Axialrichtung keine Vergrößerung des Bauraumes auftritt.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Welle räumlich zwischen der zweiten Welle und dem Elektromotor vorgesehen. Die räumliche Anordnung bezieht sich dabei auf eine Seitenansicht. Durch diese Anordnung kann der radiale Bauraum des Getriebes weiter verringert werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor vollständig im Bereich der ersten Welle in axialer Richtung der ersten Welle angeordnet, wodurch der axiale Bauraum des Getriebes gering gehalten wird.
  • Vorzugsweise ist der Elektromotor im gleichen Bereich in axialer Richtung der zweiten Welle wie das wenigstens eine Planetengetriebe angeordnet. Auf diese Weise kann der axiale Bauraum des Getriebes gering gehalten werden.
  • In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist der Elektromotor ein 48V- Elektromotor, insbesondere mit einer Nenndrehzahl von 17000 U/min, d.h. es wird auf bekannte und günstige Elektromotoren zurückgegriffen.
  • Beispielsweise ist die Elektromotorausgangswelle durch wenigstens ein Stirnradpaar, einen Riementrieb und/oder eine Kettenstufe mit der ersten Welle drehfest verbunden, sodass auf einfache Weise eine Übersetzung zwischen der Elektromotorausgangswelle und der ersten Welle realisiert werden kann. Beispielsweise liegt die Übersetzung bei ca. 2,6.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind eine äußere Zwischenwelle, eine mittlere Zwischenwelle, die beide als Hohlwellen ausgeführt sind, und eine innere Zwischenwelle, die teilweise durch die äußere Zwischenwelle und die mittlere Zwischenwelle verläuft, vorgesehen, wobei die erste Welle zwei Stirnräder aufweist und an zwei der Zwischenwellen ein Stirnrad vorgesehen ist, die jeweils mit einem der Stirnräder der ersten Welle ein Stirnradpaar bilden, über das die erste Welle und eine der Zwischenwellen drehfest miteinander verbunden werden können, und wobei die drei Zwischenwellen Antriebs- oder Abtriebswellen des wenigstens einen Planetengetriebes sind. Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Bauweise der Ankopplung der ersten Welle an die Zwischenwellen möglich.
  • Vorzugsweise sind zwei Planetengetriebe vorgesehen, wodurch die Anzahl der möglichen Gänge des Fahrzeugs erhöht wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 schematisch einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Getriebes,
  • 2 eine Schnittansicht des Getriebes nach 1, und
  • 3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes.
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Getriebes 10 mit einem Gehäuse 11, welches als manuell schaltbares 7-Gang-Getriebe ausgebildet ist. Das Getriebe 10 ist ein Handschaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen PKW.
  • Das Getriebe 10 weist eine erste Welle 12, eine zweite Welle 14, eine äußere Zwischenwelle 16, eine mittlere Zwischenwelle 18 und eine innere Zwischenwelle 20 auf.
  • Die erste Welle 12 und die zweite Welle 14 verlaufen parallel und die zweite Welle 14 und die Zwischenwellen 16, 18, 20 liegen koaxial zueinander.
  • Die äußere Zwischenwelle 16 und die mittlere Zwischenwelle 18 sind als Hohlwellen ausgeführt, wobei ein Teil der mittleren Zwischenwelle 18 durch die äußere Zwischenwelle 16 verläuft.
  • Die innere Zwischenwelle 20 ist als Vollwelle ausgeführt, die sich durch die äußere und die mittlere Zwischenwelle 16, 18 erstreckt.
  • In der gezeigten Ausführungsform dient die erste Welle 12 als Eingangswelle des Getriebes 10 und die zweite Welle 14 dient als Ausgangswelle des Getriebes 10.
  • Außerdem weist das Getriebe 10 einen Elektromotor 22 mit einer Elektromotorausgangswelle 24 auf. Der Elektromotor 22 ist beispielsweise ein 48V-Elektromotor mit einer Nenndrehzahl von 17000 U/min.
  • Die Elektromotorausgangswelle 24 ist parallel zur ersten Welle 12 und zur zweiten Welle 14 angeordnet, wie der seitlichen Schnittansicht der 2 zu entnehmen ist. Somit ist auch die Längsachse des Elektromotors 22 parallel zur ersten und zur zweiten Welle 12, 14.
  • In Bezug auf die durch die Wellen 12–20, insbesondere durch die erste Welle 12 gegebene Axialrichtung R ist der Elektromotor 22 in der gezeigten Ausführungsform vollständig im Bereich der ersten Welle 12 angeordnet. In anderen Worten ausgedrückt, ragt er nicht axial über die erste Welle 12 hinaus.
  • 2 ist auch zu entnehmen, dass die erste Welle 12 räumlich zwischen der zweiten Welle 14 und der Elektromotorausgangswelle 24 bzw. dem Elektromotor 22 vorgesehen ist.
  • Zur Drehmomentübertragung ist an der ersten Welle 12 ein erstes Stirnrad 26 drehfest befestigt.
  • Außerdem ist an der ersten Welle 12 ein zweites Stirnrad 28 vorgesehen, das drehbar gegenüber der ersten Welle 12 gelagert ist und das mittels eines ersten Schaltelementes 30 drehfest mit der ersten Welle 12 verbunden werden kann.
  • Mithilfe des ersten Schaltelementes 30 kann das zweite Stirnrad 28 alternativ auch am Gehäuse 11 des Getriebes 10 fixiert werden.
  • An der mittleren Zwischenwelle 18 ist ein drittes Stirnrad 32 drehbar gelagert, das mit dem ersten Stirnrad 26 der ersten Welle 12 kämmt.
  • Das zweite Stirnrad 28 der ersten Welle 12 kämmt mit einem vierten Stirnrad 34, das drehfest mit der inneren Zwischenwelle 20 verbunden ist.
  • An der äußeren Zwischenwelle 16 ist ein zweites Schaltelement 36 und an der mittleren Zwischenwelle 18 ist ein drittes Schaltelement 38 vorgesehen. Mittels dieser Schaltelemente 36, 38 kann die äußere Zwischenwelle 16 bzw. die mittlere Zwischenwelle 18 drehfest mit dem dritten Stirnrad 32 und damit mit der ersten Welle 12 verbunden werden.
  • Die drei Zwischenwellen 16, 18, 20 sind mit der zweiten Welle 14 mittels zwei Planetengetrieben 40, 42 verbunden.
  • In der gezeigten Ausführungsform dienen die drei Zwischenwellen 16, 18, 20 als Eingangswellen der beiden Planetengetriebe 40, 42. Die zweite Welle 14 dient als Ausgangswelle der beiden Planetengetriebe 40, 42 und auch als Ausgangswelle des gesamten Getriebes 10.
  • Der Elektromotor 22 bzw. die Elektromotorausgangswelle 24 ist über zwei Stirnradpaare 44, 46 drehfest mit der ersten Welle 12 verbunden, wobei zwischen den Stirnradpaaren 44, 46 eine weitere Welle 47 vorgesehen ist.
  • In der gezeigten Ausführung stellt das erste Stirnrad 26 der ersten Welle 12 eines der Zahnräder des Stirnradpaares 46 zur Verbindung des Elektromotors 22 dar.
  • Durch die zwei Stirnradpaare 44, 46 erfolgt eine Übersetzung des Drehmomentes des Elektromotors 22 zur ersten Welle 12 mit einem bestimmten Verhältnis, beispielsweise ca. 2,6.
  • Die Planetengetriebe 40, 42 sind so zum Elektromotor 22 angeordnet, dass sich der Elektromotor 22 und eines der Planetengetriebe 40, 42, in axialer Richtung der Wellen 12, 14, 24 gesehen, zumindest teilweise überschneiden. D. h. dass der Elektromotor 22 im gleichen Bereich B in axialer Richtung R der Wellen 12–20, insbesondere der zweiten Welle 14, wie eines der Planetengetriebe 40, 42, angeordnet ist.
  • Während des Betriebs des Fahrzeugs wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) über eine Kupplung 48 auf die erste Welle 12 des Getriebes 10 übertragen.
  • Zusätzlich kann dem Drehmoment des Verbrennungsmotors durch den Elektromotor 22 ein weiteres Drehmoment hinzugefügt werden, das über die Elektromotorausgangswelle 24 und die Stirnradpaare 44, 46 auf die erste Welle 12 übertragen wird.
  • Der Elektromotor 22 kann jedoch auch invertiert betrieben werden und Teile des Drehmomentes des Verbrennungsmotors aufnehmen und in elektrische Energie umwandeln.
  • Das auf diese Weise an der ersten Welle 12 anliegende Drehmoment wird, in Abhängigkeit der Schaltstellungen der Schaltelemente 30, 36, 38, auf eine der Zwischenwellen 16, 18, 20 übertragen und einem oder beiden Planetengetrieben 40, 42 zugeführt. In den Planetengetrieben 40, 42 erfolgt eine weitere Übersetzung auf die zweite Welle 14, die als Ausgangswelle des Getriebes 10 dient.
  • Von der zweiten Welle 14 kann das Drehmoment dann an ein Differenzialgetriebe 50 übertragen werden.
  • Auf diese Weise wir ein 7-Gang Getriebe mit sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisiert.
  • Selbstverständlich sind andere Ausführungen der Planetengetriebe mitsamt den zugehörigen Zwischenwellen denkbar, um die gewünschte Anzahl an Gängen zu erreichen. Trotzdem bleibt auch bei anderen Ausführungen der Planetengetriebe die Ankopplung des Elektromotors an die erste Welle erhalten.
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsform des Getriebes 10 dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird und gleiche oder funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
  • Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist der Elektromotor 22 bzw. die Elektromotorausgangswelle 24 nicht mittels zweier Stirnradpaare 44, 46, sondern mittels eines Riementriebes oder einer Kettenstufe an die erste Welle 12 bzw. mittels einer weiteren Radsatzebene an das erste Stirnrad 26 angebunden. Der Riementrieb bzw. die Kettenstufe ist in 3 durch die gestrichelte Linie angedeutet und zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 52 versehen.
  • Außerdem ist der Elektromotor 22 in dieser Ausführungsform in axialer Richtung vollständig zwischen dem ersten Stirnrad 26 und dem kupplungsseitigen Ende der ersten Welle 12 angeordnet.
  • Ebenso liegen die beiden Planetengetriebe 40, 42 in der zweiten Ausführungsform vollständig im Bereich des Elektromotors 22, wiederum in axialer Richtung R der Wellen 12–20, insbesondere der zweiten Welle 14, betrachtet.
  • Denkbar ist natürlich eine Kombination der verschiedenen Merkmale der beiden Ausführungsformen.

Claims (10)

  1. Getriebe, insbesondere ein Handschaltgetriebe, für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, insbesondere für einen PKW, mit einer ersten Welle (12), die insbesondere die Getriebeeingangswelle ist, einer zur ersten Welle (12) parallelen zweiten Welle (14), die insbesondere die Getriebeausgangswelle ist, wenigstens einer zur zweiten Welle (14) koaxial verlaufenden Zwischenwelle (16, 18, 20), wenigstens einem Planetengetriebe (40, 42) und einem Elektromotor (22), der eine Elektromotorausgangswelle (24) aufweist, wobei die erste Welle (12) und die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) jeweils ein Stirnrad (26, 28, 32, 34) aufweisen, die miteinander kämmen, und die die erste Welle (12) und die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) drehfest miteinander verbinden können, wobei die wenigstens eine Zwischenwelle (16, 18, 20) die Antriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes (40, 42) und die zweite Welle (14) die Abtriebswelle des wenigstens einen Planetengetriebes (40, 42) ist oder umgekehrt, und wobei die Elektromotorausgangswelle (24) drehfest mit der ersten Welle (12) verbunden ist.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorausgangswelle (24) mit dem Stirnrad (26) der ersten Welle (12) drehfest verbunden ist.
  3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorausgangswelle (24) parallel zur ersten Welle (12) und zur zweiten Welle (14) angeordnet ist.
  4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (12) räumlich zwischen der zweiten Welle (14) und dem Elektromotor (22) vorgesehen ist.
  5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (22) vollständig im Bereich der ersten Welle (12) in axialer Richtung der ersten Welle (12) angeordnet ist.
  6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (22) im gleichen Bereich (B) in axialer Richtung der zweiten Welle (14) wie das wenigstens eine Planetengetriebe (40, 42) angeordnet ist.
  7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (22) ein 48V-Elektromotor, insbesondere ein Elektromotor mit einer Nenndrehzahl von 17000 U/min ist.
  8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorausgangswelle (24) durch wenigstens ein Stirnradpaar (44, 46), einen Riementrieb und/oder eine Kettenstufe mit der ersten Welle (12) drehfest verbunden ist.
  9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Zwischenwelle (16), eine mittlere Zwischenwelle (18), die beide als Hohlwellen ausgeführt sind, und eine innere Zwischenwelle (20), die teilweise durch die äußere Zwischenwelle (16) und die mittlere Zwischenwelle (18) verläuft, vorgesehen sind, wobei die erste Welle (12) zwei Stirnräder (26, 28) aufweist und an zwei der Zwischenwellen (18, 20) ein Stirnrad (32, 34) vorgesehen ist, die mit jeweils einem der Stirnräder (26, 28) der ersten Welle (12) ein Stirnradpaar bilden, über das die erste Welle (12) und eine der Zwischenwellen (16, 18, 20) drehfest miteinander verbunden werden können, und wobei die drei Zwischenwellen (16, 18, 20) Antriebs- oder Abtriebswellen des wenigstens einen Planetengetriebes (40, 42) sind.
  10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Planetengetriebe (40, 42) vorgesehen sind.
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