DE102018130498A1 - Hybride Getriebeeinheit mit zwei Planetenradsätzen und mehreren Schalteinrichtungen; sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Hybride Getriebeeinheit mit zwei Planetenradsätzen und mehreren Schalteinrichtungen; sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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Matthieu Rihn
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einem Planetengetriebe (3), wobei das Planetengetriebe (3) mit einem ersten Planetenradsatz (4) und einem zweiten Planetenradsatz (5) ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil (6) des Planetengetriebes (3) gekoppelten elektrischen Maschine (7) sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bildenden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellungen verstellbaren Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11), wobei die Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Schalten verschiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor (12) koppelbaren Eingang (13) sowie einem Ausgang (14) und/oder zwischen der elektrischen Maschine (7) sowie dem Ausgang (14) wirkend eingesetzt sind, wobei nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Umsetzen zumindest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors (12), zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine (7) sowie zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine (7) durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhanden sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) mit einem Verbrennungsmotor (12) und dieser Getriebeeinheit (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (auch als (dediziertes) Hybridgetriebe bezeichnet) für ein hybrides Kraftfahrzeug, mit einem Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe mit einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil des Planetengetriebes gekoppelten elektrischen Maschine sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bildenden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellung verstellbaren Schalteinrichtungen, wobei die Schalteinrichtungen zum Schalten verschiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor koppelbaren Eingang sowie einem Ausgang und/oder zwischen der elektrischen Maschine sowie dem Ausgang wirkend eingesetzt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dieser Getriebeeinheit sowie einem Verbrennungsmotor.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene gattungsgemäße Ausführungen von Hybridgetrieben realisiert. Beispielsweise ist mit der US 2012/0122622 A1 ein Hybridgetriebe mit einem Eingangsglied, einem Ausgangsglied und einem einzelnen Motor / Generator offenbart.
  • Weiterhin offenbart die EP 2 146 855 B1 ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug. Mit der DE 10 2016 224 458 A1 ist ein Kraftfahrzeuggetriebe mit Planetengetrieberadsätzen mit gleicher Standübersetzung realisiert. Weiterer Stand der Technik ist aus der JP 6331058 B2 bekannt.
  • Als Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch herausgestellt, dass die Getriebeeinheiten häufig einen relativ komplexen Aufbau aufweisen, was an der relativ hohen Anzahl an vorhandener Schalteinrichtungen liegt. Dies bringt einen erhöhten Herstell- und Montageaufwand sowie einen erhöhten Bauraumbedarf mit sich. Gewisse Anordnungen der Getriebeeinheit relativ zu einem Verbrennungsmotor des jeweiligen Kraftfahrzeuges lassen sich daher nicht oder nur relativ schwierig umsetzen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine hybride Getriebeeinheit zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und kompakt umgesetzt ist.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zum Umsetzen zumindest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors, zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine sowie zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhanden sind.
  • Dadurch wird die Anzahl an vorhandenen Schalteinrichtungen deutlich reduziert, wobei dennoch verschiedene Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors sowie der elektrischen Maschine die ausreichende Leistungswandlung ermöglichen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
  • Demnach ist es von Vorteil, wenn eine erste Schalteinrichtung und / oder eine zweite Schalteinrichtung (der nicht mehr als vier Schalteinrichtungen) als Kupplung ausgebildet sind / ist. Dadurch lässt sich insbesondere ein Verbrennungsmotor geschickt von dem Planetengetriebe ankoppeln.
  • Als zweckmäßig hat es sich dabei herausgestellt, wenn die erste Schalteinrichtung als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang und einem mit dem ersten Planetenradsatz in Zahneingriff stehenden ersten Sonnenrad wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung der Eingang mit dem ersten Sonnenrad rotatorisch verbunden ist (d.h. eine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Sonnenrad übertragbar ist) und in der deaktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung der Eingang von dem ersten Sonnenrad entkoppelt ist (d.h. keine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Sonnenrad übertragbar ist).
  • Seitens der zweiten Schalteinrichtung ist es besonders zweckmäßig, wenn diese als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang und einem ersten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung der Eingang mit dem ersten Planetenträger rotatorisch verbunden ist (d.h. eine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Planetenträger übertragbar ist) und in der deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung der Eingang von dem ersten Planetenträger entkoppelt ist (d.h. keine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Planetenträger übertragbar ist).
  • Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine dritte Schalteinrichtung und / oder eine vierte Schalteinrichtung (der nicht mehr als vier Schalteinrichtungen) als Bremse ausgebildet sind / ist. Dadurch lassen sich auch die übrigen Getriebeübersetzungen einfach schalten.
  • Von Vorteil ist es in dem Zusammenhang zudem, wenn die dritte Schalteinrichtung als eine auf ein zweites Sonnenrad einwirkende Bremse ausgebildet ist, wobei das zweite Sonnenrad mit einem zweiten Planetenradsatz des Planetengetriebes in Zahneingriff steht, sodass in der aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung eine Rotation des zweiten Sonnenrades blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades ermöglicht ist.
  • Für die vierte Schalteinrichtung ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn diese als eine auf das erste Sonnenrad einwirkende Bremse ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung eine Rotation des ersten Sonnenrades blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung eine freie Rotation des ersten Sonnenrades ermöglicht ist.
  • Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine Zusatzschalteinrichtung in den Ausgang der Getriebeeinheit integriert ist, um die Getriebeeinheit / das Planetengetriebe wahlweise vollständig von dem restlichen Abtrieb des Kraftfahrzeuges zu entkoppeln.
  • Besonders bevorzugt sind die nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zum Umsetzen von vier unterschiedlichen Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors, zwei unterschiedlichen Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine sowie zum Umsetzen einer Getriebeübersetzung in dem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zudem ein Standladezustand über diese nicht mehr als vier Schalteinrichtungen gebildet wird, indem der Verbrennungsmotor der elektrischen Maschine, die dann als Generator wirkt, eine Antriebsleistung zuführt. Die Getriebeübersetzungen der Antriebszustände des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine unterscheiden sich weiter bevorzugt allesamt untereinander. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zudem ein Rückwärtsfahren in einem elektrischen Betrieb oder einem eCVT-Betrieb (elektrisches stufenloses Getriebe) ermöglichen.
  • Seitens des Aufbaus des Planetengetriebes hat es sich auch als zweckmäßig herausgestellt, wenn ein mit dem ersten Planetenradsatz in Zahneingriff befindliches erstes Hohlrad mit einem zweiten Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest gekoppelt ist und/oder der erste Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit einem mit dem zweiten Planetenradsatz in Zahneingriff befindlichen zweiten Hohlrad drehfest gekoppelt ist.
  • Ist eine rotorfeste Triebwelle der elektrischen Maschine mit dem ersten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes (vorzugsweise über eine Zahnradstufe) drehgekoppelt, wird die elektrische Maschine besonders einfach sowie kompakt an das Planetengetriebe angebunden. Die Triebwelle ist vorzugsweise parallel zu einer zentralen Drehachse der Getriebeeinheit (Drehachse der Sonnenräder und Planetenträger) oder weiter bevorzugt koaxial zu der Drehachse angeordnet.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wie einem Otto- oder Dieselmotor, und einer mit ihrem Eingang an eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors angeschlossenen oder anschließbaren erfindungsgemäßen Getriebeeinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
  • In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein dediziertes Hybridgetriebe mit Planetenradsatz sowie vier verbrennungsmotorischen Gängen und zwei elektromotorischen Gängen realisiert. Das dedizierte Hybridgetriebe weist erfindungsgemäß zwei Planetenradsätze, eine elektrische Maschine und nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (sowie keine separate Trennkupplung) zum Anbinden oder Entkoppeln eines Verbrennungsmotors an / von dem Antriebsstrang zum reinen elektrischen Fahren auf.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in einem teilweise dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der 1 schaltbarer Gänge,
    • 3a bis 3d vier schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei Drehmomentenflüsse bei vier verschiedenen Getriebeübersetzungen / Gängen in einem Antriebszustand eines Verbrennungsmotors zu erkennen sind,
    • 4a und 4b zwei schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei Drehmomentenflüsse bei zwei verschiedenen Getriebeübersetzungen / Gängen in einem Antriebszustand einer elektrischen Maschine zu erkennen sind,
    • 5 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei ein Drehmomentenfluss in einem Standladezustand zu erkennen ist,
    • 6 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei ein Drehmomentenfluss in einer Getriebeübersetzung / einem Gang in einem Rekuperationszustand zu erkennen ist,
    • 7 ein Zugkraftdiagramm zum Veranschaulichen unterschiedlicher, den jeweiligen Antriebszuständen und Getriebeübersetzungen zugeordneter Kennlinien des Antriebsstranges nach 1,
    • 8 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges samt der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit nach 1, wobei die Getriebeeinheit an der Vorderachse des Kraftfahrzeuges sowie in einer Queranordnung mit dem Verbrennungsmotor eingesetzt ist,
    • 9 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei nun zusätzlich ein elektrischer Achsantrieb an einer Hinterachse des Kraftfahrzeuges vorhanden ist,
    • 10 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen, in einem teilweise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
    • 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der 10 schaltbarer Gänge,
    • 12a bis 12d vier schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu 10, wobei Drehmomentenflüsse bei vier verschiedenen Getriebeübersetzungen / Gängen in einem Antriebszustand eines Verbrennungsmotors zu erkennen sind,
    • 13a und 13b zwei schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu 10, wobei Drehmomentenflüsse bei zwei verschiedenen Getriebeübersetzungen / Gängen in einem Antriebszustand einer elektrischen Maschine zu erkennen sind,
    • 14 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei ein Drehmomentenfluss in einem Standladezustand / einem seriellen Betrieb zu erkennen ist,
    • 15 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu 1, wobei ein Drehmomentenfluss in einer Getriebeübersetzung / einem Gang in einem Rekuperationszustand zu erkennen ist,
    • 16 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in einem teilweise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel,
    • 17 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der 16 schaltbarer Gänge,
    • 18 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in einem teilweise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel, sowie
    • 19 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der 18 schaltbarer Gänge.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die verschiedenen Ausführungsbeispiele prinzipiell frei miteinander kombiniert werden.
  • Mit 1 ist ein Antriebsstrang 25 eines Kraftfahrzeuges 2 seitens einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit 1 gut zu erkennen. Die in diesem Antriebsstrang 25 eingesetzte Getriebeeinheit 1 ist als Hybridgetriebe realisiert und alternativ auch als solches bezeichnet. Eine bevorzugte Position der Getriebeeinheit 1 und des Antriebsstranges 25 ist in 8 in einem schematisch dargestellten Kraftfahrzeug 2 (hier Pkw) gezeigt.
  • Hierbei ist zu erkennen, dass die Getriebeeinheit 1 mit dem Antriebsstrang 25 an einer Vorderachse des Kraftfahrzeuges 2 wirkend eingesetzt ist.
  • Die Getriebeeinheit 1 bildet somit einen Eingang 13, der mit einem Verbrennungsmotor 12 gekoppelt ist oder koppelbar ist, und einen Ausgang 14, der mit einem Abtrieb, hier zwei Abtriebsrädern 23a, 23b des Kraftfahrzeuges 2 antreibend gekoppelt ist oder koppelbar ist, aus. Hierbei handelt es sich um eine Front-Quer-Anordnung des Verbrennungsmotors 12 samt der Getriebeeinheit 1. Eine in 1 schematisch dargestellte Drehachse 24 einer Ausgangswelle 22 (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 12 sowie der Getriebeeinheit 1 ist folglich quer, etwa senkrecht, zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet. Die 8, wie auch die 9 im Hinblick auf das zweite Ausführungsbeispiel zeigen Querkonfigurationen (die Antriebs- und Abtriebswelle befinden sich auf der gleichen Achse), wobei die Erfindung selbstverständlich auch in einer Längskonfiguration (Motor-Getriebe vorne, Getriebewelle zu den hinteren Antriebsrädern) einsetzbar ist.
  • Gemäß der Ausbildung als Hybridgetriebe weist die Getriebeeinheit 1 ein zweistufiges Planetengetriebe 3 sowie eine mit diesem Planetengetriebe 3 wirkverbundene elektrische Maschine 7 auf. Der prinzipielle Aufbau der Getriebeeinheit 1 ist besonders gut in 1 zu erkennen. Demnach weist das Planetengetriebe 3 einen ersten Planetenradsatz 4 auf, der die erste Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet, sowie einen zweiten Planetenradsatz 5 auf, der die zweite Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet. Der erste Planetenradsatz 4 / die einzelnen (ersten) Planetenräder 26 des ersten Planetenradsatzes 4 befindet / befinden sich einerseits mit einem ersten Sonnenrad 15, andererseits mit einem ersten Hohlrad 18 in Zahneingriff. Der erste Planetenradsatz 4 ist mit seinen einzelnen (ersten) Planetenrädern 26 auf einem ersten Planetenträger 16 verdrehbar angeordnet.
  • Es ist zu erkennen, dass der erste Planetenträger 16 gleichzeitig ein (zweites) Hohlrad 20 der zweiten Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet. Der erste Planetenträger 16 ist somit drehfest mit dem zweiten Hohlrad 20 verbunden, welches zweite Hohlrad 20 wiederum mit dem zweiten Planetenradsatz 5 / den (zweiten) Planetenrädern 27 des zweiten Planetenradsatzes 5 in Zahneingriff steht. Die einzelnen (zweiten) Planetenräder 27 des zweiten Planetenradsatzes 5, befinden sich zudem in Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad 17. Das erste Hohlrad 18 ist des Weiteren drehfest mit einem zweiten Planetenträger 19, der die zweiten Planetenräder 27 drehbar lagert, verbunden. Der zweite Planetenträger 19 und das erste Hohlrad 18 sind jeweils unmittelbar drehfest mit dem Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 / des Planetengetriebes 3 verbunden.
  • Die elektrische Maschine 7 weist auf typische Weise einen Stator 28 sowie einen relativ zu dem Stator 28 verdrehbar gelagerten Rotor 29 auf. Der Rotor 29 ist innerhalb des Stators 28 drehbar aufgenommen. Der Rotor 29 ist drehfest auf einer Triebwelle 21 der elektrischen Maschine 7 angebracht. Die Triebwelle 21 ist mit ihrer Drehachse parallel, d. h. beabstandet zu der zentralen Drehachse 24 der Getriebeeinheit 1 angeordnet. Die Triebwelle 21 ist des Weiteren über eine Zahnradstufe 30 mit dem ersten Planetenträger 16 / dem zweiten Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 rotatorisch gekoppelt. Folglich ist die elektrische Maschine 7 mit einem Bestandteil 6 des Planetengetriebes 3 in Form des ersten Planetenträgers 16 / des zweiten Hohlrades 20 wirkverbunden. In weiteren Ausführungen ist die elektrische Maschine 7 auch nicht zwingend mit ihrer Triebwelle 21 parallel zu der Drehachse 24 angeordnet, sondern beispielsweise koaxial zur Getriebeachse / Drehachse 24 und weiter bevorzugt direkt auf dem ersten Planetenträger 16 montiert.
  • In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass in dem Antriebsstrang 25 seitens des Verbrennungsmotors 12 prinzipiell ein Drehschwingungsdämpfer 31 integrierbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 31 ist hier zwischen der Ausgangswelle 22 des Verbrennungsmotors 12 und dem Eingang 13 der Getriebeeinheit 1 angeordnet. Der Drehschwingungsdämpfer 31 kann prinzipiell als Bestandteil der Getriebeeinheit 1 oder als separater Bestandteil davon angesehen werden.
  • Erfindungsgemäß sind in 1 exakt, d. h. nicht mehr und auch nicht weniger als vier Schalteinrichtungen 8, 9, 10, 11 in der Getriebeeinheit 1 integriert, um durch ihre deaktivierten und aktivierten Stellungen die einzelnen Getriebeübersetzungen / Gänge, wie sie aus den 2 bis 6 hervorgehen, umzusetzen.
  • Eine erste Schalteinrichtung 8 ist als eine Kupplung realisiert. Die erste Schalteinrichtung 8 ist zwischen dem Eingang 13 und dem ersten Sonnenrad 15 wirkend eingesetzt. Durch Ausbildung der ersten Schalteinrichtung 8 als Kupplung, ist der Eingang 13, und somit im Betrieb des Kraftfahrzeuges 2 die Ausgangswelle 22 des Verbrennungsmotors 12, in einer aktivierten Stellung der Schalteinrichtung 8 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 15 gekoppelt und in einer deaktivierten Stellung der Schalteinrichtung 8 von dem ersten Sonnenrad 15 drehentkoppelt, d. h. frei relativ zu diesem verdrehbar. Die aktivierte Stellung der ersten Schalteinrichtung 8 ist somit eine geschlossene Kupplungsstellung, wohingegen die deaktivierte Stellung eine geöffnete Kupplungsstellung ist.
  • Eine zweite Schalteinrichtung 9 ist ebenfalls als Kupplung realisiert. Die zweite Schalteinrichtung 9 ist zwischen dem Eingang 13 und dem ersten Planetenträger 16 wirkend eingesetzt. Demnach ist der Eingang 13, und somit im Betrieb des Kraftfahrzeuges 2 die Ausgangswelle 22 des Verbrennungsmotors 12, in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 drehfest mit dem ersten Planetenträger 16 verbunden und in einer deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 von dem ersten Planetenträger 16 drehentkoppelt, d. h. frei relativ zu diesem verdrehbar angeordnet. Somit ist die aktivierte Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 eine geschlossene Kupplungsstellung und die deaktivierte Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 eine geöffnete Kupplungsstellung.
  • Die dritte Schalteinrichtung 10 und die vierte Schalteinrichtung 11 sind jeweils als Bremsen realisiert. Die dritte Schalteinrichtung 10 ist jene Bremse, die mit dem zweiten Sonnenrad 17 zusammenwirkt. Die dritte Schalteinrichtung 10 ist somit fähig, das zweite Sonnenrad 17 gegenüber einem fahrzeugrahmenfesten Bereich 34 des Kraftfahrzeuges 2 abzubremsen / festzuhalten. In einer aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung 10 wirkt die dritte Schalteinrichtung 10 derart auf das zweite Sonnenrad 17, das dieses in seiner Verdrehung relativ zu dem fahrzeugrahmenfesten Bereich 34 des Kraftfahrzeuges 2 blockiert ist; in einer deaktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung 10 ist die dritte Schalteinrichtung 10 derart angeordnet, dass sie eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades 17 relativ zu dem Bereich 34 freigibt / zulässt.
  • Auf gleiche Weise wie die dritte Schalteinrichtung 10 wirkt im Wesentlichen die vierte Schalteinrichtung 11. Diese wirkt jedoch nicht auf das zweite Sonnenrad 17, sondern auf das erste Sonnenrad 15.
  • In Verbindung mit den 3a bis 6 sind die einzelnen Betriebs- / Antriebszustände des Antriebsstranges 25 veranschaulicht. Ein (erster) Antriebszustand ist mit den 3a bis 3d veranschaulicht. In diesem Antriebszustand wirkt entweder ausschließlich der Verbrennungsmotor 12 oder der Verbrennungsmotor 12 unterstützt von der elektrischen Maschine 7 antreibend auf die Abtriebsräder 23a, 23b ein. Eingezeichnet ist in den 3a bis 3d lediglich der Drehmomentenfluss / der Leistungsfluss ausgehend von dem Verbrennungsmotor 12. In den einzelnen 3a bis 3d sind die unterschiedlichen vier Gänge / Getriebeübersetzungen, wie sie mittels der vier Schalteinrichtungen 8, 9, 10, 11 umsetzbar sind, für diesen ersten Antriebszustand veranschaulicht.
  • In 3a befinden sich die erste Schalteinrichtung 8 sowie die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung, während sich die zweite Schalteinrichtung 9 und die vierte Schalteinrichtung 11 in ihren deaktivierten Stellungen befinden. Demnach kommt es zum Umsetzen einer ersten Getriebeübersetzung über den Eingang 13, das erste Sonnenrad 15, den ersten Planetenradsatz 4, den ersten Planetenträger 16, das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5, den zweiten Planetenträger 19 hin zu dem Ausgang 14.
  • In 3b befinden sich zum Umsetzen einer zweiten Getriebeübersetzung die zweite Schalteinrichtung 9 und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung, während die erste Schalteinrichtung 8 und die vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer deaktivierten Stellung geschalten sind. Dabei kommt es zu einem Übertragen der Antriebsleistung von dem Eingang 13 über den ersten Planetenträger 16, das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5 hin zu dem Ausgang 14.
  • In 3c ist eine dritte Getriebeübersetzung realisiert, wobei sich die erste Schalteinrichtung 8 und die zweite Schalteinrichtung 9 in ihrer aktivierten Stellung befinden und die dritte Schalteinrichtung 10 sowie die vierte Schalteinrichtung 11 sich in ihrer deaktivieren Stellung befinden. Die Antriebsleistung wird von dem Eingang 13 sowohl auf das erste Sonnenrad 15 als auch auf den ersten Planetenträger 16 übertragen. Von dort wird die Antriebsleistung über den ersten Planetenradsatz 4 und das erste Hohlrad 18 auf den Ausgang 14 übertragen.
  • Zum Umsetzen einer vierten Getriebeübersetzung nach 3d befinden sich die erste Schalteinrichtung 8 und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer deaktivierten Stellung und die zweite Schalteinrichtung 9 sowie die und vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer aktivierten Stellung. Somit wird Antriebsleistung von dem Eingang 13 über den ersten Planetenträger 16, den ersten Planetenradsatz 4 und das erste Hohlrad 18 auf den Ausgang 14 übertragen.
  • In den 4a und 4b sind zwei Getriebeübersetzungen für einen (zweiten) Antriebszustand des Antriebsstranges 25 der veranschaulicht. Dieser zweite Antriebszustand ist ein Antriebszustand der elektrischen Maschine 7 (bei einem rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeuges 2). In einer ersten Getriebeübersetzung gemäß 4a befindet sich die erste, zweite sowie vierte Schalteinrichtung 8, 9, 11 in ihrer deaktivierten Stellung und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung. Demnach kommt es zu einem Übertragen einer Antriebsleistung der elektrischen Maschine 7 von der Triebwelle 21 über das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5 und den zweiten Planetenträger 19 zu dem Ausgang 14 hin.
  • Gemäß einer zweiten Getriebeübersetzung des Antriebszustandes der elektrischen Maschine 7 nach 4b ist die erste, zweite und dritte Schalteinrichtung 8, 9, 10 in ihrer deaktivierten Stellung und die vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer aktivierten Stellung geschaltet. Dabei wird die Antriebsleistung der elektrischen Maschine 7 von der Triebwelle 21 über den ersten Planetenträger 16, die ersten Planetenräder 26 und das zweite Hohlrad 20 auf den Ausgang 14 übertragen.
  • In 5 ist ein Standladezustand (dritter Betriebszustand) des Antriebsstranges 25 veranschaulicht. Hierbei wird bei laufendem Verbrennungsmotor 12 eine Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine 7 zugeführt und dort in eine elektrische Energie zur Speicherung in einer Batterie gewandelt. In diesem Standladezustand befindet sich die zweite Schalteinrichtung 9 in ihrer aktivierten Stellung, wohingegen die erste, dritte und vierte Schalteinrichtung 8, 10, 11 in ihre deaktivierten Stellungen geschalten sind. Die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 wird über eine durch den ersten Planetenträger 16 und die Zahnradstufe 30 gebildete Getriebeübersetzung übertragen.
  • In 6 ist des Weiteren ein Rekuperationszustand der elektrischen Maschine 7 (vierter Betriebszustand des Antriebsstranges 25) veranschaulicht, bei dem die elektrische Maschine 7 wiederum als Generator dient und eine entsprechende Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges 2 über den Ausgang 14, das erste Hohlrad 18, den ersten Planetenradsatz 4, den ersten Planetenträger 16 und die die Zahnradstufe 30 (über eine weitere Getriebeübersetzung) der elektrischen Maschine 7 zugeführt wird. Dabei befindet sich die vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer aktivierten Stellung, wohingegen die erste Schalteinrichtung 8, die zweite Schalteinrichtung 9 und die dritte Schalteinrichtung 10 jeweils in ihrer deaktivierten Stellung angeordnet sind.
  • Wie des Weiteren aus dem Diagramm der 2 ersichtlich, sind über diese vier Schalteinrichtungen 8, 9, 10, 11 (K1 ist erste Schalteinrichtung 8, K2 ist zweite Schalteinrichtung 9, B1 ist vierte Schalteinrichtung 11 und B2 ist dritte Schalteinrichtung 10) auch zwei Rückwärtsgänge / Rückwärtsfahrzustände umsetzbar (für fünften Betriebszustand des Antriebsstranges 25). Dies ist entweder rein elektrisch oder mittels eines elektrischen stufenlosen Getriebes (eCVT) ermöglicht. In der rein elektrischen Rückwärtsfahrt ist die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung geschaltet, während die erste, zweite sowie vierte Schalteinrichtung 8, 9, 11 in ihrer deaktivierten Stellung angeordnet sind. In dem eCVT-Zustand ist die erste Schalteinrichtung 8 aktiviert und die übrigen zweiten bis vierten Schalteinrichtungen 9, 10, 11 deaktiviert.
  • In Verbindung mit 7 sind unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeits-Kraft-Kennlinien in einem Zugkraftdiagramm für die einzelnen Getriebeübersetzungen / Gänge veranschaulicht. Die mit ICE1, ICE2, ICE3 und ICE4 gekennzeichneten Kennlinien veranschaulichen den ersten Antriebszustand (reiner verbrennungmotorischer Antrieb) des Verbrennungsmotors 12 in dem ersten Gang (3a), dem zweiten Gang (3b), dem dritten Gang (3c) und dem vierten Gang (3d). Die mit ICE1+EM, ICE2+EM, ICE3+EM und ICE4+EM gekennzeichneten Kennlinien veranschaulichen einen weiteren Antriebszustand (verbrennungmotorischer Antrieb unterstützt durch elektrische Maschine 7) mit den gleichen Gängen, wie sie in den 3a bis 3d umgesetzt sind. Die mit EM1 und EM2 gekennzeichneten Kennlinien veranschaulichen den Verlauf in zwei weiteren Gängen beim Übertragen einer Antriebsleistung von der elektrischen Maschine 7 zu dem Ausgang 14 gemäß den 4a und 4b (rein elektrischer Antrieb).
  • In Verbindung mit den 9 bis 15 ist ein zweites Ausführungsbeispiel, mit den 16 und 17 ein drittes Ausführungsbeispiel und mit den 18 und 19 ein viertes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass diese weiteren Ausführungsbeispiele prinzipiell im Aufbau und in der Funktionsweise dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, sodass der Kürze wegen nachfolgend lediglich die Unterschiede zu diesem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
  • In Verbindung mit 9, die das Kraftfahrzeug 2 mit der Getriebeeinheit 1 des zweiten Ausführungsbeispiels veranschaulicht, ist zu erkennen, dass das Kraftfahrzeug 2 prinzipiell auch über einen elektrischen Achsantrieb 32 verfügen kann, sodass ein Allradantrieb ermöglicht ist.
  • Mit 10 ist wiederum der nähere Aufbau der Getriebeeinheit 1 veranschaulicht. Im Vergleich zu der Getriebeeinheit 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist nun zusätzlich eine Zusatzschalteinrichtung 33 vorhanden, die den Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 von dem weiteren Abtrieb / den Abtriebsrädern 23a, 23b abkoppelbar macht. Die Zusatzschalteinrichtung 33 ist in den Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 integriert. Wie dabei zu erkennen, ist die Getriebeeinheit 1 von den Abtriebsrädern 23a, 23b abkoppelbar. Dies ermöglicht gemäß dem Diagramm aus 11 sowie gemäß 14 einen seriellen Betrieb des Standladens. Die einzelnen durch die Schalteinrichtungen 8 bis 11 sowie durch die Zusatzschalteinrichtung 33 (K3) umsetzbaren, aus 11 hervorgehenden Getriebeübersetzungen sowie Betriebszustände sind in den 12a bis 15 gut zu erkennen, wobei diese Übersetzungen jedoch wiederum denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen (3a bis 6).
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es prinzipiell auch möglich, auf die vierte Schalteinrichtung 11 zu verzichten und demnach ausschließlich drei Schalteinrichtungen 8, 9, 10 vorzusehen (16). Dabei sind durch die Schalteinrichtungen 8, 9, 10 drei unterschiedliche Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors 12, ausschließlich eine Getriebeübersetzung in dem Antriebszustand der elektrischen Maschine 7, eine Getriebeübersetzung in dem Standladezustand und zwei Getriebeübersetzungen für das Rückwärtsfahren gemäß 17 umsetzbar.
  • Wie des Weiteren in 18 und 19 zu erkennen, ist es prinzipiell möglich auf weitere Schalteinrichtungen zu verzichten. In dieser Ausführung wird auf die beiden dritten und vierten Schalteinrichtungen 10 und 11 verzichtet und es sind lediglich die ersten und zweiten Schalteinrichtungen 8, 9 vorgesehen. Das zweite Sonnenrad 17 ist dabei permanent feststehend mit dem Bereich 34 verbunden. Dadurch lassen sich zumindest zwei Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors 12, eine Getriebeübersetzung in dem Antriebszustand der elektrischen Maschine 7, eine Getriebeübersetzung in dem Standladezustand und eine Getriebeübersetzung für das Rückwärtsfahren umsetzen.
  • In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein DHT-Konzept (Dedicated Hybrid Transmission (Getriebeeinheit 1)) vorgeschlagen mit folgenden Elementen: zwei Planetenradsätzen 4, 5; vier Schaltelementen 8, 9, 10, 11 (zwei Bremsen und zwei Kupplungen); und einer E-Maschine 7. Mit den Elementen des DHT 1 werden folgende Funktionen erfüllt: vier ICE-Gänge (Vorwärts-Gänge / Gänge für Verbrennungsmotor 12); zwei EM-Gänge (Gänge für elektrische Maschine 7); Rückwärtsgang: ecvt oder elektrisch; Laden im Stillstand; Boosten und Rekuperation in allen Gängen möglich; serieller Betrieb mit einer zusätzlichen Antriebsachse: erste Antriebsachse mit Verbrennungsmotor 12, der elektrische Maschine 7 antreibt, wobei elektrische Maschine7 Batterie lädt und/oder Strom zu E-Achse (Achsantrieb 32) sendet, und zweite Antriebsache 32, die das Fahrzeug 2 antreibt. Keine ICE-Trennkupplung wird benötigt, da K1 8 und K2 9 diese Funktion erfüllen. Die E-Maschine 7 kann koaxial oder achsparallel (mit Kette oder Stirnrad) angeordnet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Getriebeeinheit
    2
    Kraftfahrzeug
    3
    Planetengetriebe
    4
    erster Planetenradsatz
    5
    zweiter Planetenradsatz
    6
    Bestandteil
    7
    elektrische Maschine
    8
    erste Schalteinrichtung
    9
    zweite Schalteinrichtung
    10
    dritte Schalteinrichtung
    11
    vierte Schalteinrichtung
    12
    Verbrennungsmotor
    13
    Eingang
    14
    Ausgang
    15
    erstes Sonnenrad
    16
    erster Planetenträger
    17
    zweites Sonnenrad
    18
    erstes Hohlrad
    19
    zweiter Planetenträger
    20
    zweites Hohlrad
    21
    Triebwelle
    22
    Ausgangswelle
    23a
    erstes Abtriebsrad
    23b
    zweites Abtriebsrad
    24
    Drehachse
    25
    Antriebsstrang
    26
    erstes Planetenrad
    27
    zweites Planetenrad
    28
    Stator
    29
    Rotor
    30
    Zahnradstufe
    31
    Drehschwingungsdämpfer
    32
    Achsantrieb
    33
    Zusatzschalteinrichtung
    34
    Bereich
  • 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
    • US 2012/0122622 A1 [0002]
    • EP 2146855 B1 [0003]
    • DE 102016224458 A1 [0003]
    • JP 6331058 B2 [0003]

Claims (10)

  1. Getriebeeinheit (1) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einem Planetengetriebe (3), wobei das Planetengetriebe (3) mit einem ersten Planetenradsatz (4) und einem zweiten Planetenradsatz (5) ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil (6) des Planetengetriebes (3) gekoppelten elektrischen Maschine (7) sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bildenden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellungen verstellbaren Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11), wobei die Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Schalten verschiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor (12) koppelbaren Eingang (13) sowie einem Ausgang (14) und/oder zwischen der elektrischen Maschine (7) sowie dem Ausgang (14) wirkend eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Umsetzen zumindest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors (12), zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine (7) sowie zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine (7) durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhanden sind.
  2. Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schalteinrichtung (8) und/oder eine zweite Schalteinrichtung (9) als Kupplung ausgebildet sind/ist.
  3. Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (8) als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang (13) und einem mit dem ersten Planetenradsatz (4) in Zahneingriff stehenden ersten Sonnenrad (15) wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung (8) der Eingang (13) mit dem ersten Sonnenrad (15) rotatorisch verbunden ist und in der deaktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung (8) der Eingang (13) von dem ersten Sonnenrad (15) entkoppelt ist.
  4. Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinrichtung (9) als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang (13) und einem ersten Planetenträger (16) des ersten Planetenradsatzes (4) wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung (9) der Eingang (13) mit dem ersten Planetenträger (16) rotatorisch verbunden ist und in der deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung (9) der Eingang (13) von dem ersten Planetenträger (16) entkoppelt ist.
  5. Getriebeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Schalteinrichtung (10) und/oder eine vierte Schalteinrichtung (11) als Bremse ausgebildet sind/ist.
  6. Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schalteinrichtung (10) als eine auf ein zweites Sonnenrad (17) einwirkende Bremse ausgebildet ist, wobei das zweite Sonnenrad (17) mit einem zweiten Planetenradsatz (5) des Planetengetriebes (3) in Zahneingriff steht, sodass in der aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung (10) eine Rotation des zweiten Sonnenrades (17) blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung (10) eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades (17) ermöglicht ist.
  7. Getriebeeinheit (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schalteinrichtung (11) als eine auf das erste Sonnenrad (15) einwirkende Bremse ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung (11) eine Rotation des ersten Sonnenrades (15) blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung (11) eine freie Rotation des ersten Sonnenrades (15) ermöglicht ist.
  8. Getriebeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem ersten Planetenradsatz (4) in Zahneingriff befindliches erstes Hohlrad (18) mit einem zweiten Planetenträger (19) des zweiten Planetenradsatzes (5) drehfest gekoppelt ist und/oder der erste Planetenträger (16) des ersten Planetenradsatzes (4) mit einem mit dem zweiten Planetenradsatz (5) in Zahneingriff befindlichen zweiten Hohlrad (20) drehfest gekoppelt ist.
  9. Getriebeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine rotorfeste Triebwelle (21) der elektrischen Maschine (7) mit dem ersten Planetenträger (16) des ersten Planetenradsatzes (4) drehgekoppelt ist.
  10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einer mit ihrem Eingang (13) an eine Ausgangswelle (22) des Verbrennungsmotors (12) angeschlossenen oder anschließbaren Getriebeeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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