DE102017216295A1 - Hybrideinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrideinheit (HE) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM) und ein Getriebe (G), wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), zwei Planetenradsätze (P1, P2) sowie zumindest fünf Schaltelemente (K1, K2, B1, K3, K4) aufweist, wobei durch selektives Betätigen der zumindest fünf Schaltelemente (K1, K2, B1, K3, K4) unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar und zudem im Zusammenspiel mit der Elektromaschine (EM) unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hybrideinheit (HE) und Verfahren zum Betreiben derselbigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybrideinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine und ein Getriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle sowie einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei das Getriebe ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement aufweist, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge des Getriebes darstellbar sind, wobei ein Rotor der Elektromaschine an der Antriebswelle, an der Abtriebswelle oder zumindest einem der Elemente der Planetenradsätze angebunden ist, wobei die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden und über das erste Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist, dessen erstes Element an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Hybrideinheit.
  • Bei Hybridfahrzeugen sind Hybrideinheiten bekannt, welche sich aus einer oder auch mehreren Elektromaschinen und einem Getriebe zusammensetzen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise als mehrgängiges Getriebe gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer der Hybrideinheit vorgeschalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen, wobei die Gänge des Getriebes dabei zumeist vereinzelt auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet werden. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem über das Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden.
  • Aus der DE 10 2014 208 712 B3 geht eine Hybrideinheit für ein Kraftfahrzeug hervor, die sich aus einem Getriebe und einer Elektromaschine zusammensetzt. Das Getriebe ist dabei in Planetenbauweise ausgeführt und setzt sich aus zwei Planetenradsätzen zusammen, die jeweils durch die Elemente Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad gebildet sind. Dem Getriebe sind zudem insgesamt sechs Schaltelemente zugeordnet, über welche unterschiedliche Kraftflussführungen dargestellt werden können. So können insgesamt vier Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes bei Antrieb über eine der Hybrideinheit vorgeschalteten Antriebsmaschine sowie zwei elektrische Gänge bei Antrieb über die Elektromaschine realisiert werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu der aus dem Stand der Technik bekannten Hybrideinheit für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit welcher bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Betriebsmodi auf geeignete Art und Weise dargestellt werden können.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug ist zudem Gegenstand von Anspruch 14. Des Weiteren haben die Ansprüche 15 und 16 jeweils Verfahren zum Betreiben einer Hybrideinheit zum Gegenstand.
  • Gemäß der Erfindung umfasst eine Hybrideinheit eine Elektromaschine und ein Getriebe, wobei das Getriebe eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz aufweist. Die Planetenradsätze umfassen zudem mehrere Elemente, wobei dem Getriebe ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement zugeordnet sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge des Getriebes dargestellt werden können. Des Weiteren ist ein Rotor der Elektromaschine an der Antriebswelle, an der Abtriebswelle oder zumindest einem der Elemente der Planetenradsätze angebunden.
  • Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten der Hybrideinheit axial und/oder radial drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements herstellbar ist. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Achse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer auf dieser Achse liegenden Welle zu verstehen.
  • Bevorzugt weist die Abtriebswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Abtriebswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten Differentialgetriebe in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Verzahnung bevorzugt an einer Anschlussstelle der Abtriebswelle vorgesehen, wobei diese Anschlussstelle der Abtriebswelle bevorzugt axial an einem Ende des Getriebes liegt, an welchem auch eine Anschlussstelle der Antriebswelle vorgesehen ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Bei der erfindungsgemäßen Hybrideinheit ist die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden und kann über das erste Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden werden, dessen erstes Element an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist.
  • Die Erfindung umfasst zudem die technische Lehre, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes zudem drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung steht, welche mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden kann. Des Weiteren kann das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes zudem über das dritte Schaltelement am drehfesten Bauelement festgesetzt werden, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung bringbar ist. Schließlich kann der zweite Planetenradsatz über das fünfte Schaltelement verblockt werden.
  • Mit anderen Worten ist also die Antriebswelle permanent drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, während die Abtriebswelle ständig drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht.
  • Bei Betätigung des ersten Schaltelements wird die Antriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und damit auch der Abtriebswelle verbunden, so dass ein starrer Durchtrieb von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle möglich ist. Dagegen verbindet das zweite Schaltelement im betätigten Zustand die Abtriebswelle drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes, welches zudem bei Betätigung des dritten Schaltelements am drehfesten Bauelement festgesetzt wird. Eine Betätigung des vierten Schaltelements zieht eine drehfeste Verbindung des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes nach sich, während das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz verblockt.
  • Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten der Hybrideinheit ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze axiale und/oder radiale Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die permanent drehfest miteinander verbundenen Komponenten dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten in der Hybrideinheit räumlich dicht beieinander liegen.
  • Bei Komponenten der Hybrideinheit und hier insbesondere Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
  • Bei dem drehfesten Bauelement des Getriebes handelt es sich erfindungsgemäß um eine permanent stillstehende Komponente, bevorzugt um ein Gehäuse der Hybrideinheit oder einen Teil eines derartigen Gehäuses.
  • Bei dem Getriebe der erfindungsgemäßen Hybrideinheit ist das dritte Schaltelement als Bremse gestaltet, die bei Ansteuerung die je zugehörige Komponente des Getriebes auf Stillstand abbremst und am drehfesten Bauelement festsetzt. Dagegen liegen das erste, das zweite, das vierte und das fünfte Schaltelement als Kupplungen vor, welche bei Betätigung jeweils die je zugehörigen rotierbaren Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen und im Folgenden drehfest miteinander verbinden.
  • Das fünfte Schaltelement sorgt im betätigten Zustand für ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes, wobei dies erreicht wird, indem das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand zwei Elemente des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. So kann dies im Falle der Ausführung der beiden Planetenradsätze als Minus-Planetensätze durch eine drehfeste Verbindung des ersten Elements und des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes oder des zweiten Elements und des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes verwirklicht sein. Bei Ausführung des ersten Planetenradsatzes als Minus-Planetensatz und des zweiten Planetenradsatzes als Plus-Planentensatz gibt es hingegen die beiden Varianten, dass das fünfte Schaltelement im betätigten Zustand das erste Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet.
  • Bei dem Getriebe kann antriebsseitig eine Trennkupplung vorgesehen sein, die im betätigten Zustand die Antriebswelle drehfest mit einer Anschlusswelle verbindet, welche wiederum mit der der Hybrideinheit vorgeschaltete Antriebsmaschine gekoppelt ist. Diese Trennkupplung kann dabei prinzipiell als kraftschlüssiges oder auch als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, liegt aber besonders bevorzugt als Reibungskupplung vor.
  • Insgesamt zeichnet sich eine erfindungsgemäße Hybrideinheit durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Verluste des Getriebes aus.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können vier mechanische Gänge durch selektives Schließen von je zwei Schaltelementen realisiert werden. Hierbei ergibt sich ein erster mechanischer Gang durch Betätigen des dritten und des vierten Schaltelements, während ein zweiter mechanischer Gang durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements darstellbar ist. Ferner kann ein dritter mechanischer Gang durch Schließen des vierten und des fünften Schaltelements geschaltet werden, wohingegen sich ein vierter mechanischer Gang in einer ersten Variante durch Betätigen des ersten und des vierten Schaltelements ergibt. Zudem kann der vierte Gang in einer zweiten Variante durch Schließen des ersten und des zweiten Schaltelements, in einer dritten Variante durch Betätigen des ersten und des dritten Schaltelements, in einer vierten Variante durch Schließen des ersten und des fünften Schaltelements sowie in einer fünften Variante durch Betätigen des zweiten und des fünften Schaltelements geschaltet werden.
  • Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Für eine aufeinanderfolgende Schaltung der Gänge entsprechend ihrer Reihenfolge ist dabei stets der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren, indem eines der am vorhergehenden Gang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Ganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor der Elektromaschine ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Eine Anordnung der Elektromaschine in diesem Bereich ist vorteilhaft, da sich hierdurch unterschiedliche Betriebsmodi der Hybrideinheit auf einfache Art und Weise verwirklichen lassen.
  • So kann als ein Betriebsmodus ein rein elektrisches Fahren in einem ersten elektrischen Gang durch Schließen des vierten Schaltelements dargestellt werden, wodurch durch das damit einhergehende Verbinden des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes eine Verbindung der Elektromaschine mit der Abtriebswelle mit einer konstanten Übersetzung stattfindet. Da für die mechanischen Gänge das Schließen von je zwei Schaltelementen notwendig ist, ist hierbei die der Hybrideinheit vorgeschaltete Antriebsmaschine nicht angekoppelt. Ausgehend vom rein elektrischen Betrieb kann zudem die vorgeschaltete Antriebsmaschine in den ersten mechanischen Gang, den zweiten mechanischen Gang, den dritten mechanischen Gang und die erste Variante des vierten mechanischen Ganges jeweils zugestartet werden, da das vierte Schaltelement an jedem dieser mechanischen Gänge beteiligt ist. Insofern kann ein Zustarten auf einfache Art und Weise stattfinden. In dem elektrischen Gang kann eine Vorwärts- und auch eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges realisiert werden, je nachdem, welche Drehrichtung über die Elektromaschine eingeleitet wird.
  • Im Sinne der Erfindung ist mit einem „mechanischen Gang“ einer der darstellbaren Gänge des Getriebes der Hybrideinheit gemeint, in welchem eine Kraftflussführung ausgehend von der Antriebswelle zur Abtriebswelle stattfindet und der damit für eine Fahrt bei Antrieb über die der Hybrideinheit vorgeschalteten Antriebsmaschine geeignet ist. Die Bezeichnung „elektrischer Gang“ meint hingegen einen Gang, in welchem ein Kraftfluss ausgehend von der Elektromaschine zur Abtriebswelle stattfindet und damit eine Fahrt bei Antrieb über die Elektromaschine verwirklicht wird.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Elektromaschine zudem ein Anfahrmodus für Rückwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle und damit die der Hybrideinheit vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert werden. Dazu wird das zweite Schaltelement geschlossen, so dass ein Überlagerungszustand am zweiten Planetenradsatz entsteht, bei welchem die Drehbewegung des über das zweite Schaltelement drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen, dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes durch die Überlagerung der Drehbewegungen des ersten Elements und des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes bestimmt wird. Durch Abstützen des Drehmoments über die Elektromaschine am zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes kann dabei ein Anfahren für Rückwärtsfahrt (EDA-R) verwirklicht werden.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem lediglich das fünfte Schaltelement geschlossen und damit aufgrund des Verblockens des zweiten Planetenradsatzes eine Verbindung der Antriebswelle mit der Elektromaschine und damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine mit der Elektromaschine hergestellt wird. Gleichzeitig ist dabei kein Kraftschluss zur Abtriebswelle hergestellt, so dass sich das Getriebe in eine Neutralstellung befindet. Abgesehen von einem Ladebetrieb kann hierdurch auch ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine über die Elektromaschine verwirklicht werden. Der Ladebetrieb und der Startbetrieb können alternativ dazu aber auch durch Schließen des dritten Schaltelements verwirklicht werden, wodurch die Elektromaschine und die Antriebswelle indirekt drehfest miteinander verbunden werden.
  • Da die Elektromaschine im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, können zudem Lastschaltungen zwischen dem ersten und dem zweiten mechanischen Gang, zwischen dem zweiten und dem dritten mechanischen Gang sowie zwischen dem dritten mechanischen Gang und der ersten Variante des vierten mechanischen Ganges verwirklicht werden, da im Zuge der Schaltungen jeweils ein Abstützen über die Elektromaschine stattfinden kann. Dabei kann die Synchronisation des bei einer Schaltung zu schließenden Schaltelements durch Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine oder durch synchronisierte Schaltelemente oder auch durch eine andere, separate Synchronisationseinrichtung erfolgen, wie zum Beispiel eine Getriebebremse oder auch eine weitere Elektromaschine. Wird antriebsseitig der Antriebswelle zudem eine Trennkupplung vorgesehen, kann die Trägheitsmasse der vorgeschalteten Antriebsmaschine während der Synchronisierung abgekoppelt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es zudem denkbar, zur Unterstützung der Synchronisation optional eine weitere Elektromaschine zu verwenden, die direkt oder auch indirekt mit der Antriebswelle wirkverbunden ist.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe kann zudem so betrieben werden, dass beim mechanischen oder auch hybridischen Fahren im vierten Gang eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine erreicht wird. In der ersten Variante des vierten mechanischen Ganges wird dazu zunächst hybridisch gefahren, indem entweder nach einer über die Elektromaschine drehmomentgestützten Schaltung vom dritten in den vierten Gang oder nach einem Zustarten der Antriebsmaschine in den vierten Gang das erste Schaltelement zunächst geschlossen bleibt. Um nun aber eine Drehzahl der Elektromaschine im vierten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante des vierten Ganges in die zweite Variante umgeschaltet werden, da hier der Rotor der Elektromaschine eine geringere Drehzahl aufweist als in der ersten Variante des vierten Ganges. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft durch die der Hybrideinheit vorgeschalteten Antriebsmaschine. Zunächst wird dabei das lastfreie, vierte Schaltelement ausgelegt und im Folgenden das lastfreie, zweite Schaltelement eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine erfolgt. Ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle antriebsseitig mit einer Anschlusswelle verbunden werden kann, kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine zudem in der zweiten Variante des vierten Ganges abgekoppelt werden. Letzteres ist sinnvoll, wenn auch aus höheren Fahrgeschwindigkeiten heraus ein Rekuperieren über die Elektromaschine erfolgen soll und dabei die Antriebsmaschine abzukoppeln und abzuschalten ist.
  • Unter einer „ständigen Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes ist im Sinne der Erfindung eine ständige Koppelung zwischen diesen beiden Komponenten zu verstehen, so dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes permanent eine gleiche Drehzahlabhängigkeit vorherrscht. Dabei kann die Elektromaschine entweder koaxial zu den Planetenradsätzen oder achsversetzt zu diesen liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit dem Getriebe verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit diesem gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringeren Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenradstufe ausgeführt sein.
  • Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planetenradsätzen vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist genau eine Elektromaschine vorgesehen. In diesem Fall weist die erfindungsgemäße Hybrideinheit also lediglich eine Elektromaschine auf, wobei diese bevorzugt dann eben an dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes angebunden ist. Dies hat den Vorteil, dass somit ein kompakter Aufbau und ein niedriger Herstellungsaufwand der Hybrideinheit verwirklicht werden kann.
  • Alternativ dazu kann eine zweite Elektromaschine vorgesehen sein, deren Rotor mit der Antriebswelle ständig verbunden ist. Durch eine solche Ausgestaltung kann die Funktionalität der Hybrideinheit weiter erhöht werden.
  • Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das Getriebe zudem ein sechstes Schaltelement aufweist, über welches die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden kann. Mit anderen Worten ist also zusätzlich ein sechstes Schaltelement vorgesehen, das im betätigten Zustand die Abtriebswelle und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und damit bevorzugt auch den Rotor der Elektromaschine in Verbindung bringt. Dazu verbindet das sechste Schaltelement insbesondere das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander.
  • Durch Vorsehen des sechsten Schaltelements lässt sich der vierte mechanische Gang in weiteren Varianten darstellen. So ergibt sich der vierte Gang in einer sechsten Variante durch Betätigen des ersten und des sechsten Schaltelements, in einer siebten Variante durch Betätigen des fünften und des sechsten Schaltelements sowie in einer achten Variante durch Betätigen des zweiten und des sechsten Schaltelements. Darüber hinaus kann noch ein Zusatzgang gebildet werden, indem das dritte und das sechste Schaltelement betätigt werden, wobei dieser Zusatzgang dabei allerdings nicht optimal in die übrige Übersetzungsreihe passt.
  • Zudem ergibt sich noch ein zweiter elektrischer Gang durch Schließen des sechsten Schaltelements, so dass bei dieser Ausgestaltung der Hybrideinheit also zwei elektrische Gänge gebildet werden können. Ausgehend von diesem zweiten elektrischen Gang kann dabei die vorgeschaltete Antriebsmaschine in den vierten mechanischen Gang zugestartet werden.
  • Des Weiteren kann bei der vorgenannten Ausführungsform zur Drehzahlabsenkung der Elektromaschine von der ersten Variante des vierten Ganges in die sechste Variante des vierten Ganges geschaltet werden. Dabei erfolgt dies unter Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine, wobei zunächst das lastfreie, vierte Schaltelement ausgelegt und anschließend das lastfreie, sechste Schaltelement eingelegt wird. Eine Drehzahlanpassung erfolgt dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine. Vorteil der Verwendung der sechsten Variante des vierten Ganges ist dabei, dass die Antriebsmaschine einerseits durch Öffnen des ersten Schaltelements auch ohne eine Trennkupplung jederzeit abgekoppelt werden kann, während die Elektromaschine das Fahrzeug antreibt oder im Zuge der Rekuperation bremst. Zudem kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung in den dritten mechanischen Gang vorbereitet werden, indem wieder in die erste Variante des vierten Ganges gewechselt wird, während die vorgeschaltete Antriebsmaschine die Zugkraft erhält. In der ersten Variante des vierten mechanischen Ganges ist dann wiederum das erste Schaltelement geschlossen, das benötigt wird, um bei der Rückschaltung in den dritten mechanischen Gang über die Elektromaschine die Zugkraft zu stützen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt entweder als Klauenschaltelement oder als Sperrsynchronisation ausgeführt. Formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelement den Vorteil, dass im geöffneten Zustand geringerer Schleppverluste auftreten, so dass sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Insbesondere sind bei der erfindungsgemäßen Hybrideinheit alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente verwirklicht, so dass sich möglichst geringe Schleppverluste erreichen lassen.
  • Die beiden Planetenradsätze können im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetenradsätze vorliegen, wobei es sich bei einem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei einem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei einem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
  • Alternativ dazu könnten aber einer oder auch beide Planetenradsätze, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
  • Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind beide Planetenradsätze als Minus-Planetensätze ausgeführt, wohingegen bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung der erste Planetenradsatz als Minus-Planetensatz und der zweite Planetenradsatz als Plus-Planetensatz vorliegt.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind zumindest zwei Schaltelemente zu je einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem je ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das je eine Betätigungselement aus einer jeweiligen Neutralstellung heraus entweder das eine Schaltelement oder das andere Schaltelement des jeweiligen Schaltelementpaares betätigt werden kann. Dies ist dabei bei Schaltelementen des Getriebes realisiert, die eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht gleichzeitig in einem Gang betätigt sind, und hat den Vorteil, dass dadurch die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit der Herstellungsaufwand vermindert werden kann. Je nach konkreter Ausgestaltung der Hybrideinheit können dabei das erste Schaltelement und das fünfte Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement und/oder das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement und das sechste Schaltelement paarweise zusammengefasst sein und über je ein gemeinsames Betätigungselement verfügen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe der Hybrideinheit ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
  • Die erfindungsgemäße Hybrideinheit ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybridfahrzeug und ist dann zwischen einer insbesondere als Verbrennungskraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes der Hybrideinheit entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
  • Dass zwei Bauelemente der Hybrideinheit drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander gekoppelt.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem eine erfindungsgemäße Hybrideinheit zur Anwendung kommt;
    • 2 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 3 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 4 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
    • 5 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 6 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
    • 7 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 8 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
    • 9 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer achten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 10 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
    • 11 ein beispielhaftes Schaltschema von Getrieben der Hybrideinheiten aus den 2 bis 10;
    • 12 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer zehnten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 13 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer elften Ausführungsform der Erfindung;
    • 14 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit gemäß einer zwölften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 15 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung;
    • 16 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit entsprechend einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung; und
    • 17 ein beispielhaftes Schaltschema von Getrieben der Hybrideinheiten aus den 12 bis 16.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G einer Hybrideinheit HE verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS sind dabei gemeinsam mit einer Elektromaschine EM in einem gemeinsamen Gehäuse der Hybrideinheit HE zusammengefasst, in welches dann auch das Differentialgetriebe AG integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G der Hybrideinheit HE und auch das Differentialgetriebe AG quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
  • Aus 2 geht eine schematische Darstellung der Hybrideinheit HE gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, setzt sich die Hybrideinheit HE aus dem Getriebe G und der Elektromaschine EM zusammen, die gemeinsam in dem Gehäuse der Hybrideinheit HE zusammengefasst sind. Das Getriebe G umfasst zwei Planetenradsätze P1 und P2, wobei jeder der Planetenradsätze P1 und P2 je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 aufweist. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei jeweils durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bei den Planetenradsätzen P1 und P2 jeweils als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet.
  • Die Planetenradsätze P1 und P2 sind vorliegend also jeweils als Minus-Planetensätze gestaltet, bei welchen der jeweilige Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und auch mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen.
  • Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber einer oder auch beide Planetenradsätze P1 und P2 als Plus-Planetensätze ausgeführt werden. Bei einem Plus-Planetensatz trägt der Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz müsste dann für die Überführung in einen Plus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt fünf Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements K1, eines zweiten Schaltelements K2, eines dritten Schaltelements B1, eines vierten Schaltelements K3 und eines fünften Schaltelements K4. Dabei sind die Schaltelemente K1, K2, B1, K3 und K4 jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Klauenschaltelemente vor. Zudem sind das erste Schaltelement K1, das zweite Schaltelement K2, das vierte Schaltelement K3 und das fünfte Schaltelement K4 vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das dritte Schaltelement B1 als Bremsen vorliegt.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt, bei welchem es sich insbesondere um das Gehäuse der Hybrideinheit HE oder einen Teil des Gehäuses handelt. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G verbunden, wobei das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und die Abtriebswelle GW2 gemeinsam zum einen über das erste Schaltelement K1 drehfest mit einer Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden sowie zum anderen mittels des zweiten Schaltelements K2 drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung gebracht werden können.
  • Wie zudem in 2 zu erkennen ist, kann das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 zudem noch durch Betätigen des dritten Schaltelements B1 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 steht ferner permanent drehfest mit der Antriebswelle GW1 in Verbindung, wohingegen das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig drehfest mit einem Rotor R der Elektromaschine EM verbunden ist. Die Elektromaschine EM ist dabei koaxial zu den beiden Planetenradsätzen P1 und P 2 platziert, wobei ein Stator S der Elektromaschine EM an dem drehfesten Bauelement GG befestigt ist. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und damit auch der Rotor R können durch Betätigen des vierten Schaltelements K3 drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung gebracht werden. Schließlich wird noch durch Betätigen des fünften Schaltelements K4 ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 hervorgerufen, indem das fünfte Schaltelement K4 im betätigten Zustand das erste Element E12 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbindet.
  • Sowohl die Antriebswelle GW1, als auch die Abtriebswelle GW2 bilden jeweils je eine Anschlussstelle GW1-A bzw. GW2-A aus, wobei die Anschlussstelle GW1-A im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM dient, während das Getriebe G an der Anschlussstelle GW2-A mit dem nachfolgenden Differentialgetriebe AG verbunden ist. Die Anschlussstellen GW1-A und GW2-A der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 sind dabei an einem axialen Ende des Getriebes G ausgestaltet, wobei die Abtriebswelle GW2 mit ihrer Anschlussstelle GW2-A hierbei quer zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 ausgerichtet ist. Die beiden Planetenradsätze P1 und P2 sind auf die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 axial folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P 2 angeordnet.
  • Wie zudem aus 2 hervorgeht, sind das erste Schaltelement K1 und das fünfte Schaltelement K4 gemeinsam axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 platziert sind. Dabei liegen die beiden Schaltelement K1 und K4 axial unmittelbar nebeneinander und können einzeln über ein gemeinsames - vorliegend nicht weiter dargestelltes - Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus betätigt werden, so dass das erste Schaltelement K1 und das fünfte Schaltelement K4 als Doppelschaltelement ausgeführt sind. Das vierte Schaltelement K3 ist ebenfalls axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen, ist dabei aber alleine radial weiter außenliegend zum ersten Schaltelement K1 und zum fünften Schaltelement K4 platziert.
  • Das zweite Schaltelement K2 und das dritte Schaltelement B1 sind axial im Bereich des zweiten Planetenradsatzes P2 sowie radial umliegend zu diesem vorgesehen und liegen dabei ebenfalls axial unmittelbar nebeneinander. Ferner teilen sich die beiden Schaltelement K2 und B1 ebenfalls ein gemeinsames - nicht weiter dargestelltes - Betätigungselement, über welches neben einer Neutralstellung entweder das zweite Schaltelement K2 oder das dritte Schaltelement B1 betätigt werden kann.
  • Die Elektromaschine EM ist axial an einem entgegengesetzt zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 liegenden Ende des Getriebes G vorgesehen.
  • Zudem geht aus 3 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung hervor, welche dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass ein fünftes Schaltelement K4 nun ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 hervorruft, indem das fünfte Schaltelement K4 im betätigten Zustand das zweite Element E22 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbindet. Des Weiteren ist nun das zweite Schaltelement K2 axial auf einer der Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 zugewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen, während axial benachbart zum dritten Schaltelement B1 nun das fünfte Schaltelement K4 angeordnet ist.
  • Das dritte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 teilen sich hierbei ein gemeinsames Betätigungselement, über welches aus einer Neutralstellung heraus entweder das dritte Schaltelement B1 oder das fünfte Schaltelement K4 betätigt werden kann. Das erste Schaltelement K1 ist hingegen alleine axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 platziert und hierbei radial im Bereich des zweiten Elements E21 des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform aus 3 der vorhergehenden Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 4 geht eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor. Diese Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 durch ein Hohlrad und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 durch einen Planetensteg gebildet ist. Insofern ist der zweite Planetenradsatz P2 vorliegend als Plus-Planetensatz gestaltet. Als weiterer Unterschied verbindet ein fünftes Schaltelement K4 im geschlossenen Zustand das erste Element E12 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander und bewirkt hierdurch das Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2.
  • Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind ferner axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet und als Doppelschaltelement gestaltet, indem dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus entweder das erste Schaltelement K1 oder das zweite Schaltelement K2 betätigt werden kann. Das dritte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 sind hingegen axial auf einer der Anschlussstelle GW1-A abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 platziert und sind dabei ebenfalls als Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Betätigungselement ausgeführt. Zudem ist das vierte Schaltelement K3 axial benachbart zum ersten Planetenradsatz P1 und radial umliegend zu diesem platziert, während die Elektromaschine EM axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 und benachbart zum zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Ferner zeigt 5 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit HE gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche dabei weitestgehend der Variante nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei, dass die Elektromaschine EM nun nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 platziert ist. In der Folge sind auch ein - vorliegend nicht im Detail dargestellter - Rotor der Elektromaschine EM und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nicht unmittelbar drehfest miteinander verbunden, sondern über eine zwischenliegende Stirnradstufe SRS miteinander gekoppelt. Dabei ist ein Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kämmt mit einem Stirnrad SR2, das drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM angeordnet ist. Diese Eingangswelle EW stellt dann innerhalb der Elektromaschine EM die Verbindung zum Rotor her. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 5 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Zudem ist in 6 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die ebenfalls wieder im Wesentlichen der Variante nach 2 entspricht. Wie schon bei der Ausgestaltung gemäß 5 ist dabei aber die Elektromaschine EM nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 platziert. Eine drehfeste Koppelung zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und einem - nicht dargestellten - Rotor der Elektromaschine EM ist dabei über einen Zugmitteltrieb ZT verwirklicht, der bevorzugt als Kettentrieb vorliegt. Dieser Zugmitteltrieb ZT koppelt dabei das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM. Ansonsten entspricht die Variante nach 6 der Ausführungsform nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 7 zeigt eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit HE gemäß einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht wieder weitestgehend der Ausführungsform nach 2, wobei auch hier wieder die Elektromaschine EM nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 platziert ist. Anders als bei den vorherigen Varianten nach den 5 und 6 ist die Elektromaschine EM über mehrere Übersetzungsstufen in Form einer Planetenstufe P und einer Stirnradstufe SRS an dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 angebunden. Die Planetenstufe P setzt sich hierbei aus einem Sonnenrad SO, einem Planetensteg PS und einem Hohlrad HO zusammen, wobei der Planetensteg PS zumindest ein Planetenrad PR drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SO als auch mit dem umliegenden Hohlrad HO im Zahneingriff steht. Insofern ist die Planetenstufe P als Minus-Planetensatz gestaltet.
  • Der Planetensteg PS der Planetenstufe P ist ständig drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, während das Hohlrad HO ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt und damit auch permanent an einer Drehbewegung gehindert ist. Hingegen ist das Sonnenrad SO drehfest mit einem Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS verbunden, welches mit einem Stirnrad SR2 im Zahneingriff steht. Das Stirnrad SR2 wiederum ist dann drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 7 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 8 geht eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer siebten Ausführungsform der Erfindung hervor, welche erneut im Wesentlichen der Variante nach 2 entspricht. Allerdings ist auch in diesem Fall die Elektromaschine EM nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den beiden Planetenradsätzen P1 und P2 platziert. Zudem ist, wie schon bei der vorhergehenden Variante nach 7, eine Anbindung der Elektromaschine EM an das Getriebe G über zwei Übersetzungsstufen in Form einer Planetenstufe P und einer Stirnradstufe SRS verwirklicht. Ein Sonnenrad SO der auf den zweiten Planetenradsatz P2 folgenden Planetenstufe P ist permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, während ein zumindest ein Planetenrad PR führender Planetensteg PS ständig drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden ist. Das zumindest eine Planetenrad PR steht hierbei zum einen mit dem Sonnenrad SO sowie zum anderen mit einem Hohlrad HO im Zahneingriff, welches drehfest mit einem Stirnrad SR1 der nachfolgenden Stirnradstufe SRS verbunden ist.
  • Dabei können das Hohlrad HO und das Stirnrad SR1 einstückig ausgebildet sein, indem das Hohlrad HO an einem Außenumfang mit einer das Stirnrad SR1 definierenden Verzahnung versehen wird. Innerhalb der Stirnradstufe SRS kämmt das Stirnrad SR1 dann mit einem Stirnrad SR2, welches drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM platziert ist. Im vorliegenden Fall sind also die Planetenstufe P und die Stirnradstufe SRS im Wesentlichen in einer axialen Ebene angeordnet, wobei die Ausführungsform nach 8 im Übrigen der Variante nach 2 entspricht, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer achten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, die wiederum weitestgehend der Variante nach 2 nachempfunden ist. Auch in diesem Fall ist allerdings die Elektromaschine EM achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 angeordnet, wobei eine Anbindung der Elektromaschine EM über zwei Übersetzungsstufen in Form einer Stirnradstufe SRS und einer Planetenstufe P vollzogen ist. Dabei ist ein Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kämmt mit einem Stirnrad SR2 der Stirnradstufe SRS, welches drehfest mit einem Planetensteg PS der nachfolgenden Planetenstufe P in Verbindung steht. Der Planetensteg PS führt dabei mehrere Planetenräder PR1 und PR2, die jeweils sowohl mit einem radial innenliegenden Sonnenrad SO und einem umliegenden Hohlrad HO im Zahneingriff stehen. Das Hohlrad HO ist hierbei ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, wohingegen das Sonnenrad SO drehfest mit einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM verbunden ist. Die Planetenstufe P ist hierbei koaxial zu der Elektromaschine EM liegend angeordnet. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 9 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 10 geht eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit HE gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung hervor, die weitestgehend der unmittelbar vorhergehenden Variante nach 9 entspricht. Einziger Unterschied ist, dass nun das Sonnenrad SO ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während das Hohlrad HO drehfest mit der Eingangswelle EW der Elektromaschine EM verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 10 der Variante nach 9, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 11 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die jeweiligen Getriebe G aus den 2 bis 10 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt vier mechanische Gänge 1 bis 4.5 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente K1, K2, B1, K3 und K4 in welchem der mechanischen Gänge 1 bis 4.5 jeweils geschlossen ist. In jedem der mechanischen Gänge 1 bis 4.5 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente K1, K2, B1, K3 und K4 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der mechanischen Gänge 1 bis 4.5 je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.
  • Wie in 11 zu erkennen ist, wird ein erster mechanischer Gang 1 durch Betätigen des dritten Schaltelements B1 und des vierten Schaltelements K3 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter mechanischer Gang 2 gebildet wird, indem das dritte Schaltelement B1 geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement K2 geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten mechanischen Gang 3 geschaltet werden, indem das zweite Schaltelement K2 geöffnet und das fünfte Schaltelement K4 geschlossen wird. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter mechanischer Gang in einer ersten Variante 4.1 durch Öffnen des fünften Schaltelements K4 und Schließen des ersten Schaltelements K1. Der vierte mechanische Gang kann zudem in einer zweiten Variante 4.2 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des zweiten Schaltelements K2, in einer dritten Variante 4.3 durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des dritten Schaltelements B1, in einer vierten Variante 4.4 durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements K4, sowie in einer fünften Variante 4.5 durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 und des fünften Schaltelements K4 dargestellt werden.
  • Obwohl die Schaltelemente K1, K2, B1, K3 und K4 jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann ein Schalten zwischen den mechanischen Gängen 1 bis 4.1 unter Last realisiert werden. Grund dafür ist, dass das vierte Schaltelement K3 an allen Gängen 1 bis 4.1 beteiligt ist, so dass im Zuge der Schaltungen der Abtrieb über die Elektromaschine gestützt werden kann, die ja im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements K3 über den ersten Planetenradsatz P1 mit der Abtriebswelle GW2 gekoppelt ist. Eine Synchronisation bei den Schaltungen kann dabei durch eine entsprechende Regelung der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine VKM erfolgen, so dass das jeweils auszulegende Schaltelements lastfrei geöffnet und das im Folgenden zu schließende Schaltelement lastfrei geschlossen werden kann.
  • Die Hybrideinheiten HE der 2 bis 10 können zudem noch in anderweitigen Betriebsmodi unter Zuhilfenahme der Elektromaschine EM betrieben werden: so kann ein rein elektrisches Fahren in einem ersten elektrischen Gang E1 stattfinden, zu dessen Darstellung das vierte Schaltelement K3 in einen geschlossenen Zustand zu überführen ist, wie aus 11 hervorgeht. Denn im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements K3 ist die Elektromaschine EM mit einer konstanten Übersetzung mit der Abtriebswelle GW2 verbunden, wobei die Übersetzung des ersten elektrischen Ganges E1 der Übersetzung des dritten mechanischen Ganges 3 entspricht.
  • In vorteilhafter Weise kann ausgehend vom ersten elektrischen Gang E1 die Verbrennungskraftmaschine VKM in einen der mechanischen Gänge 1 bis 4.1 zugestartet werden, da auch in jedem der mechanischen Gänge 1 bis 4.1 jeweils das vierte Schaltelement K3 geschlossen ist. Insofern kann zügig vom rein elektrischen Fahren in ein Fahren über die Verbrennungskraftmaschine bzw. ein hybridisches Fahren übergegangen werden.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem eine Anfahrfunktion für Rückwärtsfahrt als elektrodynamisches Anfahren (EDA-R) verwirklicht werden. Hierzu ist das zweite Schaltelement K2 zu schließen, wodurch ein Überlagerungszustand am zweiten Planetenradsatz P2 entsteht. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 wird dabei über die Verbrennungskraftmaschine VKM mittels der Antriebswelle GW1 angetrieben, während über die Elektromaschine EM am zweiten Element E22 ein Drehmoment abgestützt wird und das dritte Element E32 aufgrund des geschlossenen Zustands des zweiten Schaltelements K2 mit der Abtriebswelle GW2 verbunden ist. Im Zuge des Abstützens über die Elektromaschine EM kann dadurch ein Anfahrvorgang gestaltet werden.
  • Des Weiteren kann durch Schließen des fünften Schaltelements K4 eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements K4 ist die Elektromaschine EM mit der Antriebswelle GW1 gekoppelt und damit auch mit der Verbrennungskraftmaschine VKM. Gleichzeitig besteht dabei aber kein Kraftschluss zur Abtriebswelle GW2, wobei die Antriebswelle GW1 und der Rotor R dabei unter gleicher Drehzahl laufen. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM kann dabei ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine VKM geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine EM ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM über die Elektromaschine EM realisierbar ist. Dies lässt sich auch in analoger Weise durch Schließen des dritten Schaltelements B1 verwirklichen, wobei der Rotor in diesem Fall langsamer läuft als die Antriebswelle GW 1.
  • Schließlich kann noch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine im mechanischen bzw. hybriden Betrieb gestaltet werden: nach einer über die Elektromaschine EM drehmomentgestützten Schaltung vom dritten mechanischen Gang in den vierten mechanischen Gang oder nach einem Zustart der Verbrennungskraftmaschine VKM in den vierten mechanischen Gang ergibt sich ein hybridisches Fahren im vierten mechanischen Gang 4.1. Um die Drehzahl der Elektromaschine EM im vierten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante 4.1 des vierten mechanischen Ganges in die zweite Variante 4.2 des vierten mechanischen Ganges umgeschaltet werden, in welcher der Rotor R eine geringere Drehzahl aufweist. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM. Dazu wird das dann lastfreie, vierte Schaltelement K3 ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, zweite Schaltelement K2 eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung jeweils durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt.
  • Ferner zeigt 12 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Auch diese Ausführungsform entspricht wieder weitestgehend der Variante aus 2, wobei aber im Unterschied dazu nun ein sechstes Schaltelement K5 vorgesehen ist, welches im betätigten Zustand das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und damit auch der Abtriebswelle GW2 verbindet. Axial ist das sechste Schaltelement K5 zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen und liegt hierbei unmittelbar benachbart zum vierten Schaltelement K3. Die beiden Schaltelemente K3 und K5 sind dabei zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, indem dem vierten Schaltelement K3 und dem sechsten Schaltelement K5 ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über das aus einer Neutralstellung heraus entweder das vierte Schaltelement K3 oder das sechste Schaltelement K5 betätigt werden kann. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 12 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren geht aus 13 eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit HE entsprechend einer elften Ausführungsform der Erfindung hervor, welche dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 12 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass ein fünftes Schaltelement K4 in diesem Fall ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 hervorruft, indem durch das fünfte Schaltelement K4 im betätigten Zustand das zweite Element E22 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden werden. Des Weiteren ist nun das zweiten Schaltelement K2 axial auf einer der Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 zugewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen, während axial benachbart zum dritten Schaltelement B1 nunmehr das fünfte Schaltelement K4 angeordnet ist.
  • Das dritte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 sind dabei zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst und teilen sich hierbei ein gemeinsames Betätigungselement, über welches aus einer Neutralstellung heraus wahlweise entweder das dritte Schaltelement B1 oder das fünfte Schaltelement K4 betätigt werden kann. Das erste Schaltelement K1 ist hingegen alleine axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P 2 platziert. Schließlich sind das vierte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K5 axial unmittelbar nebeneinanderliegend platziert und ebenfalls zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform aus 13 der vorhergehenden Variante nach 12, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 14 zeigt eine schematische Ansicht einer Hybrideinheit HE entsprechend einer zwölften Ausführungsform der Erfindung hervor, welche ebenfalls im Wesentlichen der Variante nach 12 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 durch ein Hohlrad und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 durch einen Planetensteg gebildet ist. Insofern ist der zweite Planetenradsatz P2 vorliegend als Plus-Planetensatz gestaltet. Zudem verbindet ein fünftes Schaltelement K4 im geschlossenen Zustand das erste Element E12 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander und bewirkt hierdurch das Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2.
  • Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind ferner axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet und als Doppelschaltelement gestaltet, indem dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus entweder das erste Schaltelement K1 oder das zweite Schaltelement K2 betätigt werden kann. Das dritte Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K4 sind hingegen axial auf einer der Anschlussstelle GW1-A abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 platziert und sind dabei ebenfalls als Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Betätigungselement ausgeführt. Ebenso sind auch das vierte Schaltelement K3 und das sechste Schaltelement K5 zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wobei diese axial im Wesentlichen auf Höhe des ersten Planetenradsatzes P1 sowie radial umliegend zu diesem platziert sind. Zudem ist die Elektromaschine EM axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P 2 vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 14 der Variante nach 12, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Ferner geht aus 15 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE gemäß einer dreizehnten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche dabei weitestgehend der Variante nach 12 entspricht. Unterschiedlich ist dabei, dass die Elektromaschine EM nun nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 platziert ist. Hierbei sind ein - vorliegend nicht im Detail dargestellter - Rotor der Elektromaschine EM und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nicht unmittelbar drehfest miteinander verbunden, sondern über eine zwischenliegende Stirnradstufe SRS drehfest miteinander gekoppelt. Ein Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS ist drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kämmt mit einem Stirnrad SR2, das drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM angeordnet ist. Diese Eingangswelle EW stellt dann innerhalb der Elektromaschine EM die Verbindung zum Rotor her. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 15 der Variante nach 12, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Zudem ist in 16 eine schematische Darstellung einer Hybrideinheit HE entsprechend einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die ebenfalls wieder im Wesentlichen der Variante nach 12 entspricht. Wie schon bei der Ausgestaltung gemäß 15 ist dabei aber die Elektromaschine EM nicht koaxial, sondern achsversetzt zu den Planetenradsätzen P1 und P2 platziert. Eine drehfeste Koppelung zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und einem - nicht dargestellten - Rotor der Elektromaschine EM ist dabei über einen Zugmitteltrieb ZT verwirklicht, der bevorzugt als Kettentrieb vorliegt. Dieser Zugmitteltrieb ZT koppelt dabei das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM. Ansonsten entspricht die Variante nach 16 der Ausführungsform nach 12, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 17 ist nun noch ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe G der Hybrideinheiten HE aus den 12 bis 16 dargestellt, welches dabei im Wesentlichen dem Schaltschema aus 11 entspricht. Einziger Unterschied ist nun, dass durch Vorsehen des sechsten Schaltelements K5 zusätzlich zu den mechanischen Gängen 1 bis 4.5 weitere Varianten 4.6 bis 4.8 des vierten Ganges sowie ein Zusatzgang ZG schaltbar sind. So ergibt sich eine sechste Variante 4.6 des vierten mechanischen Ganges durch Betätigen des ersten Schaltelements K1 und des sechsten Schaltelements K5, eine siebte Variante 4.7 des vierten mechanischen Ganges durch Schließen des fünften Schaltelements K4 und des sechsten Schaltelements K5 sowie eine achte Variante 4.8 des vierten Ganges durch Betätigen des zweiten Schaltelements K2 und des sechsten Schaltelements K5. Der Zusatzgang ZG kann dagegen durch Schließen des dritten Schaltelements B1 und des sechsten Schaltelements K5 geschaltet werden, wobei der Zusatzgang ZG dabei nicht optimal in die übrige Übersetzungsreihe passt.
  • Auch bei den Hybrideinheiten HE aus den 12 bis 16 können die unterschiedlichen, in 11 beschriebenen Betriebsmodi verwirklicht werden. Aufgrund der Anordnung des sechsten Schaltelements K5 kann zusätzlich noch ein zweiter elektrischer Gang E2 durch Schließen des sechsten Schaltelements K5 dargestellt werden, wobei aus diesem elektrischen Gang E2 heraus die Verbrennungskraftmaschine VKM in eine der Varianten 4.6 bis 4.8 des vierten Ganges zugestartet werden kann.
  • Darüber hinaus kann bei den Hybrideinheiten HE aus den 12 bis 16 auch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine EM durch Umschalten in die sechste Variante 4.6 des vierten Ganges realisiert werden. Dazu wird ausgehend von der ersten Variante 4.1 unter Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM zunächst das lastfreie vierte Schaltelement K3 ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, sechste Schaltelement K5 eingelegt, wobei eine Drehzahlanpassung zur Darstellung der Lastfreiheiten durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt. Abgesehen davon, dass sich durch das Umschalten in die sechste Variante 4.6 des vierten Ganges eine Drehzahlabsenkung des Rotors R der Elektromaschine EM erreichen lässt, ist es hierdurch zudem möglich, die Verbrennungskraftmaschine VKM durch Öffnen des ersten Schaltelements K1 jederzeit abzukoppeln, wenn über die Elektromaschine EM angetrieben oder gebremst (Rekuperation) werden soll.
  • Außerdem kann ausgehend von der sechsten Variante 4.6 des vierten Ganges eine Rückschaltung in den dritten mechanischen Gang 3 vorbereitet werden, indem zunächst von der sechsten Variante 4.6 in die erste Variante 4.1 gewechselt wird, wobei hierbei die Zugkraft wiederum über die Verbrennungskraftmaschine VKM gestützt wird. Ausgehend von der ersten Variante 4.1 kann dann problemlos eine Rückschaltung verwirklicht werden, da in diesem Fall wieder das vierte Schaltelement K3 geschlossen ist.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann eine Hybrideinheit mit kompaktem Aufbau und einem Getriebe mit gutem Wirkungsgrad realisiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • HE
    Hybrideinheit
    G
    Getriebe
    GG
    Drehfestes Bauelement
    P1
    Erster Planetenradsatz
    E11
    Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
    E21
    Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
    E31
    Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
    P2
    Zweiter Planetenradsatz
    E12
    Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
    E22
    Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
    E32
    Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
    K1
    Erstes Schaltelement
    K2
    Zweites Schaltelement
    B1
    Drittes Schaltelement
    K3
    Viertes Schaltelement
    K4
    Fünftes Schaltelement
    K5
    Sechstes Schaltelement
    1
    Erster mechanischer Gang
    2
    Zweiter mechanischer Gang
    3
    Dritter mechanischer Gang
    4.1
    Vierter mechanischer Gang
    4.2
    Vierter mechanischer Gang
    4.3
    Vierter mechanischer Gang
    4.4
    Vierter mechanischer Gang
    4.5
    Vierter mechanischer Gang
    4.6
    Vierter mechanischer Gang
    4.7
    Vierter mechanischer Gang
    4.8
    Vierter mechanischer Gang
    ZG
    Zusatzgang
    E1
    erster elektrischer Gang
    E2
    zweiter elektrischer Gang
    GW1
    Antriebswelle
    GW1-A
    Anschlussstelle
    GW2
    Abtriebswelle
    GW2-A
    Anschlussstelle
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    SRS
    Stirnradstufe
    SR1
    Stirnrad
    SR2
    Stirnrad
    P
    Planetenstufe
    SO
    Sonnenrad
    PS
    Planetensteg
    PR
    Planetenrad
    PR1
    Planetenrad
    PR2
    Planetenrad
    HO
    Hohlrad
    EW
    Eingangswelle
    ZT
    Zugmitteltrieb
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    TS
    Torsionsschwingungsdämpfer
    AG
    Differentialgetriebe
    DW
    Antriebsräder
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014208712 B3 [0003]

Claims (16)

  1. Hybrideinheit (HE) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM) und ein Getriebe (G) mit einer Antriebswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), sowie einem ersten Planetenradsatz (P1) und einem zweiten Planetenradsatz (P2), wobei die Planetenradsätze (P1, P2) jeweils mehrere Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) umfassen, wobei das Getriebe ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (B1), ein viertes (K3) und ein fünftes Schaltelement (K4) aufweist, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge des Getriebes (G) darstellbar sind, wobei ein Rotor (R) der Elektromaschine (EM) an der Antriebswelle (GW1), an der Abtriebswelle (GW2) oder zumindest einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) der Planetenradsätze (P1, P2) angebunden ist, wobei die Antriebswelle (GW1) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden und über das erste Schaltelement (K1) drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist, dessen erstes Element (E11) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, - dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) zudem drehfest mit der Abtriebswelle (GW2) in Verbindung steht, welche mittels des zweiten Schaltelements (K2) drehfest mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, - dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes zudem über das dritte Schaltelement (B1) am drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar ist, - dass das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des vierten Schaltelements (K3) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) in Verbindung bringbar ist, - und dass der zweite Planetenradsatz (P2) über das fünfte Schaltelement (K4) verblockbar ist.
  2. Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein erster mechanischer Gang (1) durch Betätigen des dritten (B1) und des vierten Schaltelements (K3), - ein zweiter mechanischer Gang (2) durch Betätigen des zweiten (K2) und des vierten Schaltelements (K3), - ein dritter mechanischer Gang (3) durch Betätigen des vierten (K3) und des fünften Schaltelements (K4), sowie ein vierter mechanischer Gang - in einer ersten Variante (4.1) durch Betätigen des ersten (K1) und des vierten Schaltelements (K3), - in einer zweiten Variante (4.2) durch Betätigen des ersten (K1) und des zweiten Schaltelements (K2), - in einer dritten Variante (4.3) durch Betätigen des ersten (K1) und des dritten Schaltelements (B1), - in einer vierten Variante (4.4) durch Betätigen des ersten (K1) und des fünften Schaltelements (K4) sowie - in einer fünften Variante (4.5) durch Betätigen des zweiten (K2) und des fünften Schaltelements (K4) schaltbar ist.
  3. Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) der Elektromaschine (EM) ständig mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist.
  4. Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Gang (E1) durch Schließen des vierten Schaltelements (K3) darstellbar ist.
  5. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Elektromaschine (EM) vorgesehen ist.
  6. Hybrideinheit (HE) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Elektromaschine vorgesehen ist, deren Rotor mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist.
  7. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) zudem ein sechstes Schaltelement (K5) aufweist, über welches die Abtriebswelle (GW2) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist.
  8. Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Gang zudem in einer sechsten Variante (4.6) durch Betätigen des ersten (K1) und des sechsten Schaltelements (K5), in einer siebten Variante (4.7) durch Betätigen des fünften (K4) und des sechsten Schaltelements (K5) sowie in einer achten Variante (4.8) durch Betätigen des zweiten (K2) und des sechsten Schaltelements (K5) schaltbar ist.
  9. Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter elektrischer Gang (E2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (K5) darstellbar ist.
  10. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Schaltelemente (K1, K2, B1, K3, K4; K1, K2, B1, K3, K4, K5) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
  11. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Planetenradsatz (P1, P2) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dessen jeweils erstem Element (E11, E12 um ein Sonnenrad, bei dessen jeweils zweitem Element (E21, E22) um einen Planetensteg und bei dessen jeweils dritten Element (E31, E32) um ein Hohlrad handelt.
  12. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (P2) als Plus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dessen erstem Element (E12) um ein Sonnenrad, bei dessen zweitem Element (E22) um ein Hohlrad und bei dessen drittem Element (E32) um einen Planetensteg handelt.
  13. Hybrideinheit (HE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schaltelemente (K1, K4; K2, B1; B1, K4; K1, K2; K3, K5) zu je einem Schaltelementpaar zusammengefasst sind, welchem je ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das je eine Betätigungselement aus einer jeweiligen Neutralstellung heraus entweder das eine Schaltelement (K1; K2; B1; K3) oder das andere Schaltelement (K4; B1; K2; K5) des jeweiligen Schaltelementpaares betätigbar ist.
  14. Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, umfassend eine Hybrideinheit (HE) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 12.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Anfahrmodus für Rückwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle (GW1) das zweite Schaltelement (K2) geschlossen wird.
  16. Verfahren zum Betreiben einer Hybrideinheit (HE) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das fünfte Schaltelement (K4) oder das dritte Schaltelement (B1) geschlossen wird.
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