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Die Erfindung betrifft einen Montagesatz für Getriebeeinrichtungen, mit mehreren identischen Eingangswellen und mehreren identischen Getriebegehäusen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2010 024 896 A1 bekannt. Diese betrifft einen Hybridantrieb, der modular aufgebaut ist und im Wesentlichen aus wenigstens einem elektrodynamischen Antriebs-/Generatormodul, aus wenigstens einem Kupplungsmodul sowie aus wenigstens einem thermodynamischen Antriebsmodul in Form eines kompakten und mechanisch maßgeblich vereinfachten Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotors besteht. Die einzelnen Module können in serieller Anordnung und in zweckmäßiger Anzahl und Reihenfolge beliebig miteinander kombiniert und sowohl logisch, über eine zentrale Steuerelektronik, als auch mechanisch zu einem zusammengehörigen Antriebsaggregat verbunden werden.
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Hierfür weisen sie jeweils eine elektrische/elektronische Verbindungsschnittstelle auf sowie an beiden axialen Enden ihrer Arbeitswellen eine einheitliche mechanische Verbindungstechnik zur Herstellung eines Kraftschlusses zwischen den Arbeitswellen der einzelnen Module. Durch die modulare Ausgestaltung erlaubt ein solcher Hybridantrieb eine einfache Leistungserweiterung sowie eine flexible Auslegung als paralleler, serieller und/oder leistungsverzweigter Hybridantrieb, wobei die Betriebszustände auch während des Betriebs elektronisch wählbar unveränderbar sein können.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift
US 5 730 675 A bekannt. Diese beschreibt eine Getriebeeinrichtung, die eine relative Drehbewegung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch ermöglicht. Ein Element einer elektrischen Maschine ist mit einem Gegenkraftelement eines Planetengetriebes mit einer niedrigeren Übersetzung verbunden. Daher kann, wenn das Fahrzeug gestoppt ist, die relative Drehbewegung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung als Gegenkraft zum Betreiben der elektrischen Maschine als ein Generator verwendet werden. Die mittels der elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie wird gespeichert und ein Kraftstoffverbrauch des Motors reduziert.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Montagesatz für Getriebeeinrichtungen vorzuschlagen, welcher gegenüber bekannten Montagesätzen Vorteile aufweist, insbesondere die Realisierung unterschiedlicher Ausgestaltungen der Antriebseinrichtung auf kostengünstige und einfache Art und Weise ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Montagesatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in jedem der Getriebegehäuse eines von mehreren, identischen, vier Wellen aufweisenden Mehrfachumlaufrädergetrieben sowie eine von mehreren identischen elektrischen Maschinen angeordnet sind, wobei eine erste der Wellen über eine Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen ist, eine zweite der Wellen über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und/oder mittels einer Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar oder von der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt in dem Getriebegehäuse angeordnet ist, eine dritte der Wellen drehfest mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist, und eine vierte der Wellen drehfest mit einer Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung gekoppelt und/oder mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar ist, wobei in einer ersten Getriebekonfiguration die zweite Welle über die Schaltkupplungseinrichtung durch eine Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar ist, wobei in einer zweiten Getriebekonfiguration die zweite Welle über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und von dem Drehmoment entkoppelt ist, wobei in einer dritten Getriebekonfiguration die zweite Welle und die vierte Welle jeweils mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar sind, wobei in einer vierten Getriebekonfiguration die zweite Welle von der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt in dem Getriebegehäuse angeordnet und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und mit dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt ist.
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Der Montagesatz dient einer Montage mehrerer Getriebeeinrichtungen. Entsprechend umfasst er mehrere Eingangswellen und mehrere Getriebegehäuse, welche jeweils identisch ausgebildet sind. In jedem der Getriebegehäuse ist auch eines von mehreren Mehrfachumlaufrädergetrieben sowie eine von mehreren elektrischen Maschinen angeordnet. Die Mehrfachumlaufrädergetriebe sowie die elektrischen Maschinen sind wiederum identisch zueinander ausgeführt. Jeder der Getriebeeinrichtungen kann nun gemäß eine der beschriebenen Getriebekonfigurationen ausgebildet sein.
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Der Montagesatz dient insoweit der Montage mehrerer der folgenden Getriebekonfigurationen: erste Getriebekonfiguration, zweite Getriebekonfiguration, dritte Getriebekonfiguration und vierte Getriebekonfiguration. Es kann also vorgesehen sein, dass mittels des Montagesatzes Getriebeeinrichtungen gemäß lediglich zwei der Getriebekonfigurationen, drei der Getriebekonfigurationen oder aller Getriebekonfigurationen montiert werden.
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Die Getriebeeinrichtung ist vorzugsweise Bestandteil der Antriebseinrichtung, welche wiederum dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist. Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Vorzugsweise verfügt die Antriebseinrichtung über ein Antriebsaggregat, welches mit der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung gekoppelt oder zumindest koppelbar ist. Beispielsweise ist das Antriebsaggregat über eine Schaltkupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung, an die Eingangswelle angesch lossen .
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Das Kraftfahrzeug weist wenigstens eine angetriebene Radachse auf, an welche eine Ausgangswelle der Antriebseinrichtung drehmomentübertragend angeschlossen ist. Die Ausgangswelle der Antriebseinrichtung kann an die Getriebeeinrichtung angeschlossen sein, nämlich an die Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung beziehungsweise der Antriebseinrichtung ist die Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und mithin die Radachse des Kraftfahrzeugs über die Getriebeeinrichtung an das Antriebsaggregat angeschlossen und entsprechend mittels des Antriebsaggregats antreibbar.
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Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle und das Getriebegehäuse auf, wobei an die Eingangswelle - wie bereits erwähnt - bevorzugt das Antriebsaggregat der Antriebseinrichtung angeschlossen ist. Das Getriebegehäuse der Getriebeeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es für unterschiedliche Getriebekonfigurationen der Getriebeeinrichtung verwendbar ist. Das bedeutet, dass die Getriebegehäuse eines Montagesatzes für mehrere Getriebeeinrichtungen als Gleichteile ausgestaltet sind, mit welchen unterschiedliche Getriebekonfigurationen der Getriebeeinrichtung realisiert werden.
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Die Getriebekonfigurationen ermöglichen insbesondere unterschiedliche hybridische Ausgestaltungen der Antriebseinrichtung, welche insoweit als Hybridantriebseinrichtung ausgestaltet ist. Eine solche Hybridantriebseinrichtung verfügt über mehrere unterschiedliche Antriebsaggregate, wobei eines der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine und ein anderes der Antriebsaggregate in Form der elektrischen Maschine vorliegt. Grundsätzlich kann die Hybridantriebseinrichtung als serielle Hybridantriebseinrichtung, als parallele Hybridantriebseinrichtung und als leistungsverzweigte Hybridantriebseinrichtung ausgestaltet sein.
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Beispielsweise ist die Antriebseinrichtung in einer der Getriebekonfigurationen als serielle Hybridantriebseinrichtung, in einer weiteren Getriebekonfiguration als parallele Hybridantriebseinrichtung und in einer anderen Getriebekonfiguration als leistungsverzweigte Hybridantriebseinrichtung ausgebildet. In jeder dieser Getriebekonfigurationen wird das gleiche Getriebegehäuse eingesetzt, sodass die Getriebegehäuse für die Antriebseinrichtungen, welche die unterschiedlichen Getriebekonfigurationen aufweisen, als Gleichteile vorliegen.
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In dem Getriebegehäuse sind das Mehrfachumlaufrädergetriebe und die elektrische Maschine angeordnet. Vorzugsweise sind auch das Mehrfachumlaufrädergetriebe und/oder die elektrische Maschine für die unterschiedlichen Getriebekonfigurationen als Gleichteile ausgebildet, sodass auf einfache Art und Weise, nämlich unter Verwendung der gleichen Getriebegehäuse, der gleichen Mehrfachumlaufrädergetriebe und der gleichen elektrischen Maschinen die unterschiedlichen Getriebekonfigurationen realisiert werden können. Somit ist es möglich, eine Vielzahl von unterschiedlichen Antriebsvarianten für das Kraftfahrzeug abzudecken.
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Das Mehrfachumlaufrädergetriebe weist vier Wellen auf, wobei jede der Wellen jeweils ein Getriebeelement des Mehrfachumlaufrädergetriebes zugeordnet ist. Unter einem Getriebeelement sind die Räder beziehungsweise Zahnräder des Mehrfachumlaufrädergetriebes zu verstehen, über welche die vier Wellen miteinander gekoppelt sind. Die vier Wellen des Mehrfachumlaufrädergetriebes stehen insoweit bevorzugt permanent in Verbindung miteinander, nämlich über die zusammenwirkenden Getriebeelemente.
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Zur Realisierung der unterschiedlichen Getriebekonfigurationen ist eine spezielle Verschaltung der Wellen vorgesehen. Die erste Welle ist über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen. Die Schaltkupplungseinrichtung ermöglicht ein wahlweises Koppeln und Entkoppeln der ersten Welle von der Eingangswelle. In anderen Worten liegt bei einer ersten Einstellung der Schaltkupplungseinrichtung für die erste Welle eine Kopplung zwischen der ersten Welle und der Eingangswelle vor, vorzugsweise eine starre Kopplung, wohingegen bei einer zweiten Einstellung für die erste Welle eine Wirkverbindung zwischen der ersten Welle und der Eingangswelle unterbrochen ist, vorzugsweise vollständig, sodass die erste Welle vollständig von der Eingangswelle entkoppelt ist.
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Die zweite Welle ist über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und/oder mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die zweite Welle von der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt vorliegt. Die Schaltkupplungseinrichtung kann also zusätzlich zur Kopplung der zweiten Welle mit der Eingangswelle vorgesehen und ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die zweite Welle unabhängig von der ersten Welle über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen, sodass die beiden Wellen unabhängig voneinander mit der Eingangswelle koppelbar und von ihr entkoppelbar sind. Beispielsweise ist bei einer ersten Einstellung der Schaltkupplungseinrichtung für die zweite Welle die zweite Welle mit der Eingangswelle gekoppelt, insbesondere starr, wohingegen sie bei einer zweiten Einstellung für die zweite Welle von der Eingangswelle entkoppelt ist, vorzugsweise vollständig.
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Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Welle mittels der Bremseinrichtung festgesetzt werden, nämlich bezüglich des Getriebegehäuses. Bei einer ersten Einstellung der Bremseinrichtung für die zweite Welle ist die zweite Welle bezüglich des Getriebegehäuses freigegeben, vorzugsweise vollständig, wohingegen sie bei einer zweiten Einstellung der Bremseinrichtung für die zweite Welle bezüglich des Getriebegehäuses gebremst oder sogar vollständig festgesetzt ist. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die zweite Welle drehmomententkoppelt von der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse in dem Getriebegehäuse vorliegt. Hierunter ist zu verstehen, dass die zweite Welle allenfalls über das Mehrfachumlaufrädergetriebe beziehungsweise die Getriebeelemente des Mehrfachumlaufrädergetriebes mit der Eingangswelle und/oder dem Getriebegehäuse gekoppelt ist.
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Die dritte Welle ist in jeder der Getriebekonfigurationen drehfest mit der elektrischen Maschine gekoppelt, also starr und vorzugsweise permanent. Die vierte Welle ist hingegen drehfest mit der Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung gekoppelt, also bevorzugt ebenfalls starr und/oder permanent. An die Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung ist beispielsweise die Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und entsprechend die Radachse des Kraftfahrzeugs antriebstechnisch beziehungsweise drehmomentübertragend angeschlossen. Zusätzlich oder alternativ ist die vierte Welle mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar. Die Bremseinrichtung kann also zusätzlich oder exklusiv für das Bremsen der vierten Welle bezüglich des Getriebegehäuses vorgesehen und ausgebildet sein. Bei einer ersten Einstellung der Bremseinrichtung für die vierte Welle ist die vierte Welle bezüglich des Getriebegehäuses freigegeben, vorzugsweise vollständig. Bei einer zweiten Einstellung der Bremseinrichtung für die vierte Welle ist die vierte Welle hingegen bezüglich des Getriebegehäuses gebremst oder sogar vollständig festgesetzt.
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Eine derartige Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung ermöglicht eine besonders flexible Realisierung unterschiedlicher Getriebekonfigurationen. In wenigstens einer der Getriebekonfigurationen kann es vorgesehen sein, dass die die Getriebeeinrichtung aufweisende Antriebseinrichtung wahlweise als serielle Hybridantriebseinrichtung, parallele Hybridantriebseinrichtung oder als leistungsverzweigte Hybridantriebseinrichtung betrieben werden kann. Die Getriebeeinrichtung ist insoweit derart ausgestaltet, dass während eines Betriebs der Antriebseinrichtung für die Antriebseinrichtung eine der folgenden Betriebsarten ausgewählt und durchgeführt werden kann: Serieller Hybridantrieb, paralleler Hybridantrieb und leistungsverzweigter Hybridantrieb. Im Falle des seriellen Hybridantriebs und des leistungsverzweigten Hybridantriebs ist eine weitere elektrische Maschine vorgesehen, die an die elektrische Maschine elektrisch angeschlossen ist und zumindest zeitweise elektrisch mit ihr verbunden ist.
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Die Betriebsart der Antriebseinrichtung ist hierbei während ihres Betriebs veränderbar, sodass zwischen den genannten Betriebsarten während des Betriebs umgeschaltet werden kann. Mithilfe der beschriebenen Getriebeeinrichtung können folglich sehr viele Antriebsvarianten umgesetzt werden, welche alle Grundarten der Hybridisierung abdecken. Dies ist völlig unabhängig von dem Antriebskonzept des Kraftfahrzeugs, also ob das Kraftfahrzeug als Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug (PHEV), Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder als Mildhybridelektrokraftfahrzeug (mHEV) ausgestaltet ist. Insbesondere ist auch eine Spannungslage der elektrischen Maschine und/oder von wenigstens einem Nebenaggregat der Antriebseinrichtung frei wählbar.
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Hieraus ergibt sich eine hohe Integration der Getriebeeinrichtung beziehungsweise der Antriebseinrichtung, sodass mit einer geringen Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen eine große Anzahl an Funktionen realisierbar ist. Zudem ergeben sich Kostenvorteile durch eine geringe Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen, Kostenvorteile durch Skaleneffekte sowie Bauraumvorteile aufgrund der integrierten Bauteile der Getriebeeinrichtung und des einheitlichen Getriebegehäuses. Die Getriebeeinrichtung kann entsprechend über zahlreiche Kraftfahrzeugsegmente und/oder Kraftfahrzeugbaureihen eingesetzt werden, wodurch sich zusätzliche Synergien ergeben. Für Getriebekonfigurationen, welche mehrere Antriebsvarianten umsetzen können, kann zudem ein hoher Wirkungsgrad bei dem Antreiben des Kraftfahrzeugs erzielt werden, weil für unterschiedliche Fahrsituationen und/oder Kraftfahrzeugsegmente stets die am besten geeignete Antriebsvariante genutzt werden kann.
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Die Erfindung sieht vor, dass in einer ersten Getriebekonfiguration die zweite Welle über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar ist. Die erste Getriebekonfiguration ermöglicht also ein wahlweises Einbringen des über die Antriebswelle bereitgestellten Drehmoments über die erste Welle oder die zweite Welle. Bereits hierdurch ergibt sich ein flexibler und wirkungsgradoptimaler Betrieb der Getriebeeinrichtung.
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Zusätzlich soll die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und gleichzeitig mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar sein. Beispielsweise ist die Ausgangswelle der Getriebeeinrichtung über eine Schaltkupplung an die Radachse des Kraftfahrzeugs angeschlossen, sodass die Ausgangswelle von der Radachse entkoppelbar ist. Durch ein Bremsen der vierten Welle mittels der Bremseinrichtung kann bei einer solchen Ausgestaltung die elektrische Maschine zu ihrem Antreiben mit der Eingangswelle gekoppelt werden. Insgesamt wird ein äußerst flexibler Betrieb der Getriebeeinrichtung erzielt.
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Die Erfindung sieht vor, dass in einer zweiten Getriebekonfiguration die zweite Welle über die Schaltkupplungseinrichtung an die Eingangswelle angeschlossen und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und von dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt ist. Analog zu der ersten Getriebekonfiguration ist also in der zweiten Getriebekonfiguration die zweite Welle mit der Eingangswelle koppelbar, nämlich mittels der Schaltkupplungseinrichtung. Auch ist die vierte Welle analog zu der ersten Getriebekonfiguration drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt. Im Unterschied zu der ersten Getriebekonfiguration ist jedoch die vierte Welle von dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt, nämlich permanent, sodass die Bremseinrichtung nicht dazu ausgebildet ist, die vierte Welle bezüglich des Getriebegehäuses zu bremsen. Die zweite Getriebekonfiguration zeichnet sich durch eine im Vergleich mit der ersten Getriebekonfiguration einfachere Ausgestaltung aus, insbesondere bezüglich der Bremseinrichtung.
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Die Erfindung sieht vor, dass in einer dritten Getriebekonfiguration die zweite Welle und die vierte Welle jeweils mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar sind. Mit einer derartigen Getriebekonfiguration kann beispielsweise eine serielle Hybridantriebsantriebseinrichtung realisiert sein, wobei zwischen der Antriebswelle und der elektrischen Maschine mittels der Bremseinrichtung unterschiedliche Übersetzungen einstellbar sind.
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Besonders bevorzugt entfällt für die dritte Getriebekonfiguration die Abtriebswelle. Eine für die Abtriebswelle vorgesehene Ausnehmung des Getriebegehäuses wird beispielsweise mittels eines Deckels verschlossen. Die dritte Getriebekonfiguration ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung, insbesondere im Falle einer Ausgestaltung der Antriebseinrichtung als serielle Hybridantriebseinrichtung.
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Die Erfindung sieht vor, dass in einer vierten Getriebekonfiguration die zweite Welle von der Eingangswelle und dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt in dem Getriebegehäuse angeordnet und die vierte Welle drehfest mit der Ausgangswelle gekoppelt und von dem Getriebegehäuse drehmomententkoppelt ist. Die vierte Getriebekonfiguration zeichnet sich durch ihren verglichen mit der ersten Getriebekonfiguration einfacheren Aufbau aus. Die vierte Getriebekonfiguration dient beispielsweise der Realisierung einer leistungsverzweigten Hybridantriebseinrichtung.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Welle in der ersten Getriebekonfiguration, der zweiten Getriebekonfiguration und der dritten Getriebekonfiguration mittels der Bremseinrichtung bezüglich des Getriebegehäuses bremsbar ist. Die zweite Welle soll also nicht nur in der dritten Getriebekonfiguration bremsbar sein, sondern - optional - zusätzlich auch in der ersten Getriebekonfiguration und der zweiten Getriebekonfiguration. Mittels dieser Getriebekonfigurationen der Getriebeeinrichtung wird insoweit ein besonders flexibler Betrieb erzielt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltkupplungseinrichtung eine Einzelschaltkupplung zur schaltbaren Kopplung der ersten Welle mit der Eingangswelle oder eine Mehrfachschaltkupplung zur individuellen schaltbaren Kopplung der ersten Welle und der zweiten Welle mit der Eingangswelle aufweist. Die Einzelschaltkupplung dient allein der schaltbaren Kopplung der ersten Welle mit der Eingangswelle. Die Mehrfachschaltkupplung dient hingegen der wahlweisen Kopplung der ersten Welle und der zweiten Welle mit der Eingangswelle. Beispielsweise weist die Mehrfachschaltkupplung hierzu mehrere Einzelschaltkupplungen auf. Vorzugsweise ist die erste Welle über eine erste dieser Einzelschaltkupplungen an die Eingangswelle und die zweite Welle über eine zweite dieser Einzelschaltkupplungen an die Eingangswelle angeschlossen.
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Die Mehrfachschaltkupplung liegt vorzugsweise für die erste Getriebekonfiguration und die zweite Getriebekonfiguration vor, die Einzelschaltkupplung für die dritte Getriebekonfiguration und die vierte Getriebekonfiguration. Durch Ausgestaltung der Schaltkupplungseinrichtung als Einzelschaltkupplung oder als Mehrfachschaltkupplung kann insoweit die Getriebeeinrichtung flexibel auf die gewünschte Betriebsart angepasst werden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bremseinrichtung jeweils eine Bremse zum individuellen Bremsen wenigstens einer der folgenden Wellen bezüglich des Getriebegehäuses aufweist: Der ersten Welle, der zweiten Welle, der dritten Welle und der vierten Welle. Jede der genannten Wellen, mehrere der genannten Wellen oder alle der genannten Wellen können insoweit mittels der Bremseinrichtung bremsbar sein. Hierzu ist der jeweiligen bremsbaren Welle jeweils eine Bremse der Bremseinrichtung zugeordnet. Beispielsweise sind in der ersten Getriebekonfiguration die erste Welle, die zweite Welle, die dritte Welle und die vierte Welle bremsbar. In der zweiten Getriebekonfiguration sind beispielsweise die erste Welle, die zweite Welle und die dritte Welle, nicht jedoch die vierte Welle bremsbar. In der dritten Getriebekonfiguration ist beispielsweise lediglich die zweite Welle bremsbar. In der vierten Getriebekonfiguration ist keine der Wellen bremsbar. Erneut zeigt sich die besonders flexible Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Mehrfachumlaufrädergetriebe ein mit der zweiten Welle gekoppeltes erstes Sonnenrad, ein mit der dritten Welle gekoppeltes zweites Sonnenrad, einen mit der ersten Welle gekoppelten Planetenradträger und ein mit der vierten Welle gekoppeltes Hohlrad aufweist, wobei an dem Planetenradträger wenigstens ein erstes Planetenrad und wenigstens ein zweites Planetenrad drehbar gelagert sind, wobei das erste Planetenrad mit dem ersten Sonnenrad und dem zweiten Planetenrad und das zweite Planetenrad mit dem zweiten Sonnenrad, dem ersten Planetenrad und dem Hohlrad kämmt.
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Das Mehrfachumlaufrädergetriebe weist als Getriebeelemente also das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, den Planetenradträger und das Hohlrad auf, wobei jede der Wellen genau mit einem der Getriebeelemente gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. An dem Planetenradträger sind das wenigstens eine erste Planetenrad und das wenigstens eine zweite Planetenrad jeweils drehbar gelagert.
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Vorzugsweise sind mehrere erste Planetenräder und mehrere zweite Planetenräder vorgesehen, wobei jedem der ersten Planetenräder genau eines der zweiten Planetenräder zugeordnet ist beziehungsweise umgekehrt. Sofern nachfolgend lediglich auf das erste Planetenrad beziehungsweise das zweite Planetenrad eingegangen wird, so sind die Ausführungen stets auf alle ersten Planetenräder beziehungsweise alle zweiten Planetenräder übertragbar.
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Das erste Planetenrad kämmt mit dem ersten Sonnenrad und dem zweiten Planetenrad. Es steht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad und dem Hohlrad außer Eingriff, ist also beabstandet von diesen angeordnet. Das zweite Sonnenrad hingegen kämmt mit dem zweiten Sonnenrad, dem ersten Planetenrad und dem Hohlrad. Es steht hingegen außer Eingriff mit dem ersten Sonnenrad, ist also von diesem beabstandet angeordnet.
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Die Wellen des Mehrfachumlaufrädergetriebes, also die erste Welle, die zweite Welle, die dritte Welle und die vierte Welle sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. Beispielsweise sind die zweite Welle und die dritte Welle jeweils als Hohlwelle ausgestaltet, wobei die zweite Welle die dritte Welle durchgreift und ihrerseits von der ersten Welle durchgriffen wird. Vorzugsweise erstreckt sich die zweite Welle vollständig durch die dritte Welle hindurch. Zusätzlich oder alternativ kann die erste Welle die zweite Welle und entsprechend auch die dritte Welle vollständig durchgreifen.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebegehäuse für die erste Getriebekonfiguration, die zweite Getriebekonfiguration, die dritte Getriebekonfiguration und die vierte Getriebekonfiguration identisch ausgestaltet ist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Durch die identische Ausgestaltung des Getriebegehäuses für alle der genannten Getriebekonfigurationen kann ein Montagesatz für Getriebeeinrichtungen realisiert werden, welche unterschiedliche Getriebekonfigurationen aufweisen, jedoch mittels der gleichen Getriebegehäuse realisiert beziehungsweise montiert werden. Entsprechend können die Getriebegehäuse als Gleichteile ausgeführt werden, sodass eine äußerst flexible Herstellung der Getriebeeinrichtungen umgesetzt ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich durch eine Achsantriebseinrichtung mit einer weiteren elektrischen Maschine aus, die an die elektrische Maschine elektrisch angeschlossen ist. Zusätzlich zu der elektrischen Maschine verfügt die Antriebseinrichtung also über die weitere elektrische Maschine. Die weitere elektrische Maschine dient vorzugsweise dem Antreiben wenigstens einer Radachse des Kraftfahrzeugs, entweder der vorstehend bereits bezeichneten Radachse oder - alternativ - einer weiteren Radachse. In letzterem Fall ist über die Getriebeeinrichtung beispielsweise die Radachse und mittels der weiteren elektrischen Maschine die weitere Radachse antreibbar. Das bedeutet schlussendlich, dass über die Getriebeeinrichtung die Antriebseinrichtung mit der Radachse verbunden ist und entsprechend die Radachse mittels des Antriebsaggregats antreibbar ist. Zum Antreiben der weiteren Radachse dient hingegen die weitere elektrische Maschine, welche beispielsweise von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Entsprechend ist auf einfache Art und Weise eine Hybridantriebseinrichtung realisiert, welche einen Mehrachsantrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Die elektrische Maschine ist insbesondere dann vorgesehen, falls der serielle Hybridantrieb und/oder der leistungsverzweigte Hybridantrieb realisiert oder zumindest realisierbar sein sollen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Getriebekonfigu ration,
- 2 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zweiten Getriebekonfiguration,
- 3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Getriebekonfiguration,
- 4 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer vierten Getriebekonfiguration, sowie
- 5 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung 1 in einer ersten Getriebekonfiguration. Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine Eingangswelle 2 und ein Getriebegehäuse 3. In dem Getriebegehäuse sind ein Mehrfachumlaufrädergetriebe 4 sowie eine elektrische Maschine 5 angeordnet. Das Mehrfachumlaufrädergetriebe 4 weist eine erste Welle 6, eine zweite Welle 7, eine dritte Welle 8 und eine vierte Welle 9 auf. Zudem sind Getriebeelemente in Form eines ersten Sonnenrads 10, eines zweiten Sonnenrads 11, eines Planetenradträgers 12 sowie eines Hohlrads 13 realisiert.
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An dem Planetenradträger 12 sind wenigstens ein erstes Planetenrad 14 sowie wenigstens ein zweites Planetenrad 15 jeweils drehbar gelagert. Das erste Planetenrad 14 kämmt mit dem ersten Sonnenrad 10 und dem zweiten Planetenrad 15. Das zweite Planetenrad 15 kämmt mit dem zweiten Sonnenrad 11, dem ersten Planetenrad 14 und dem Hohlrad 13. Die Planetenräder 14 und 15 sind um voneinander verschiedene Drehachsen (nicht gekennzeichnet) an dem Planetenradträger 12 drehbar gelagert. Die erste Welle 6 ist mit dem Planetenradträger 12 drehfest und permanent verbunden. Die zweite Welle 7 ist mit dem ersten Sonnenrad 10 drehfest und permanent verbunden. Die dritte Welle 8 ist mit dem zweiten Sonnenrad 11 drehfest und permanent verbunden. Die vierte Welle 9 ist mit dem Hohlrad 13 drehfest und permanent verbunden.
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Die erste Welle 6 und die zweite Welle 7 sind jeweils mittels einer Schaltkupplungseinrichtung 16 an die Eingangswelle 2 angeschlossen. Die Schaltkupplungseinrichtung 16 liegt hierbei als Mehrfachschaltkupplung vor, mittels welcher die erste Welle 6 und die zweite Welle 7 individuell mit der Eingangswelle 2 entkoppelbar beziehungsweise von ihr entkoppelbar sind. Die dritte Welle 8 ist mit der elektrischen Maschine 5 beziehungsweise einem Rotor der elektrischen Maschine 5 drehfest gekoppelt, also starr und permanent. Das bedeutet, dass über die dritte Welle 8 die elektrische Maschine 5 starr und permanent mit dem zweiten Sonnenrad 11 des Mehrfachumlaufrädergetriebes 4 gekoppelt ist.
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In der ersten Getriebekonfiguration liegt eine Bremseinrichtung 17 vor, mittels welcher die erste Welle 6, die zweite Welle 7, die dritte Welle 8 und die vierte Welle 9 jeweils individuell bezüglich des Getriebegehäuses 3 bremsbar sind. Hierzu verfügt die Bremseinrichtung 17 über eine erste Bremse 18 für die erste Welle 6, eine zweite Bremse 19 für die zweite Welle 7, eine dritte Bremse 20 für die dritte Welle 8 sowie eine vierte Bremse 21 für die vierte Welle 9. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die vierte Welle 9 über eine Schaltkupplung 22 an eine Ausgangswelle 23 der Getriebeeinrichtung 1 angeschlossen.
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Mit der beschriebenen Getriebeeinrichtung 1 in der ersten Getriebekonfiguration kann eine Antriebseinrichtung sowohl als serielle Hybridantriebseinrichtung, als parallele Hybridantriebseinrichtung als auch als leistungsverzweigte Hybridantriebseinrichtung betrieben werden. Hierzu ist die elektrische Maschine 5 vorzugsweise elektrisch mit einer weiteren elektrischen Maschine 24 verbunden, welche durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 5 motorisch betrieben wird.
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In einer Seriellhybridbetriebsart wird die Getriebeeinrichtung 1 derart betrieben, dass die erste Welle 6 mit der Eingangswelle 2 gekoppelt ist und die zweite Welle 7 von der Eingangswelle 2 entkoppelt ist. Zudem ist die Schaltkupplung 22 geöffnet. Die Bremseinrichtung 17 wird nun derart angesteuert, dass die elektrische Maschine 5 starr mit der Eingangswelle 2 gekoppelt ist. In einer Parallelhybridbetriebsart sind unterschiedliche Gänge zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 23 realisiert. Grundsätzlich ist hierbei die Schaltkupplung 22 geschlossen und die Bremseinrichtung 17 derart angesteuert, dass die Ausgangswelle 23 mit der Eingangswelle 2 starr verbunden ist. In einer Leistungsverzweigungshybridbetriebsart ist die Schaltkupplungseinrichtung 16 analog zu der Seriellhybridbetriebsart eingestellt und zudem die zweite Welle 7 drehmomententkoppelt von der Eingangswelle 2 und dem Getriebegehäuse 3 eingestellt. Entsprechend ist zumindest die zweite Bremse 19 geöffnet.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung in einer zweiten Getriebekonfiguration. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen und lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass die vierte Bremse 21 entfällt, sodass die Bremseinrichtung 17 nunmehr lediglich zum Bremsen der ersten Welle 6, der zweiten Welle 7 und der dritten Welle 8 vorgesehen und ausgebildet ist. In der zweiten Getriebekonfiguration dient die Getriebeeinrichtung 1 insbesondere der Realisierung der Parallelhybridbetriebsart, wobei wiederum verschiedene Gänge zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 23 realisierbar sind. Im Unterschied zu der ersten Getriebekonfiguration ist für die zweite Getriebekonfiguration die Ausgangswelle 23 starr und permanent mit der vierten Welle gekoppelt. Es kann jedoch - analog zu der ersten Getriebekonfiguration - die Schaltkupplung 22 zwischen der vierten Welle 9 und der Ausgangswelle 23 vorgesehen sein.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung 1 in einer dritten Getriebekonfiguration. Erneut wird auf die Ausführungen zu der ersten Getriebekonfiguration hingewiesen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Diese liegen darin, dass die Schaltkupplungseinrichtung 16 als Einzelschaltkupplung vorliegt und lediglich zur schaltbaren Kopplung der Eingangswelle 2 mit der ersten Welle 6 vorgesehen und ausgebildet ist. Die zweite Welle 7 ist hingegen im Unterschied zu der ersten Getriebekonfiguration nicht an die Schaltkupplungseinrichtung 16 angeschlossen. Weiterhin entfallen die erste Bremse 18 und die dritte Bremse 19, sodass lediglich die zweite Bremse 19 und die vierte Bremse 21 vorliegen. Zudem entfallen die Schaltkupplung 22 und die Ausgangswelle 23. In der dritten Getriebekonfiguration ist die Getriebeeinrichtung 1 zur Realisierung einer Seriellhybridbetriebsart vorgesehen und ausgebildet.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung 1 in einer vierten Getriebekonfiguration. Wiederum wird auf die Ausführungen zu der ersten Getriebekonfiguration Bezug genommen und nachfolgend lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass die Schaltkupplungseinrichtung 16 wie für die dritte Getriebekonfiguration als Einzelschaltkupplung vorliegt und insoweit lediglich zur Kopplung der ersten Welle 6 mit der Eingangswelle 2 ausgebildet ist. Die zweite Welle 7 ist hingegen nicht mit der Eingangswelle 2 koppelbar.
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Die Ausgangswelle 23 ist starr und permanent mit der vierten Welle 9 gekoppelt, sodass die Schaltkupplung 22 entfällt. Zudem entfällt die Bremseinrichtung 17 vollständig. Es liegen also weder die erste Bremse 18, noch die zweite Bremse 19, die dritte Bremse 20 oder die vierte Bremse 21 vor. In der vierten Getriebekonfiguration dient die Getriebeeinrichtung 1 insbesondere der Realisierung der Leistungsverzweigungshybridbetriebsart.
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Erkennbar ist, dass die Getriebeeinrichtung 1 in allen Getriebekonfigurationen das gleiche Getriebegehäuse 3, das gleiche Mehrfachumlaufrädergetriebe 4 und die gleiche elektrische Maschine 5 aufweist. Insoweit können auf vorteilhafte Art und Weise aus einem Montagesatz Getriebeeinrichtungen 1 in unterschiedlichen Getriebekonfigurationen unter Verwendung von zahlreichen Gleichteilen realisiert werden.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 25, die ein Antriebsaggregat 26 sowie die Getriebeeinrichtung 1 aufweist. Die Antriebseinrichtung 25 ist zum Antreiben einer ersten Radachse 27 und einer zweiten Radachse 28 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Ausgangswelle 23 der Getriebeeinrichtung 1 mit der ersten Radachse 27 gekoppelt, beispielsweise über ein Differentialgetriebe 29, welches als Achsdifferentialgetriebe vorliegt. Weiterhin ist eine weitere elektrische Maschine 24 an die zweite Radachse 28 angeschlossen, beispielsweise über ein Getriebe 30 und/oder ein Differentialgetriebe 31, welches wiederum als Achsdifferentialgetriebe vorliegt.
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Die weitere elektrische Maschine 24 ist elektrisch an die elektrische Maschine 5 angeschlossen, beispielsweise über einen Energiespeicher 32 zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie. Der Energiespeicher 32 ist einerseits über einen ersten Wechselrichter 33 an die elektrische Maschine 5 und andersseitig über einen weiteren Wechselrichter 34 an die elektrische Maschine 24 elektrisch angeschlossen.
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Die Getriebeeinrichtung 1 ist lediglich äußerst schematisch wiedergegeben. Bevorzugt kommt die Getriebeeinrichtung 1 in der ersten Getriebekonfiguration zum Einsatz. Mit dieser kann während des Betriebs beliebig zwischen der Seriellhybridbetriebsart, der Parallelhybridbetriebsart und der Leistungsverzweigungshybridbetriebsart umgeschaltet werden.
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Es kann in einer Abwandlung der Antriebseinrichtung 25 vorgesehen sein, dass die weitere elektrische Maschine 24 nicht mit der zweiten Radachse 28, sondern mit der ersten Radachse 27 gekoppelt ist. Beispielsweise sitzt sie hierbei unmittelbar auf der ersten Radachse 27 beziehungsweise ist koaxial zu dieser angeordnet. In anderen Worten ist bei einer solchen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 25 lediglich die erste Radachse 27 unmittelbar antreibbar, nicht jedoch die zweite Radachse 28.
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Alternativ kann die Antriebseinrichtung 25 eine (nicht dargestellte) zusätzliche elektrische Maschine aufweisen, die mit der ersten Radachse 27 gekoppelt ist und beispielweise unmittelbar auf der ersten Radachse 27 sitzt beziehungsweise koaxial zu dieser angeordnet ist. In einer solchen Ausgestaltung ist die erste Radachse 27 über die Getriebeeinrichtung 1 mittels des Antriebsaggregats 26 und unmittelbar mittels der zusätzlichen elektrischen Maschine antreibbar. Zudem ist die zweite Radachse 28, wie bereits beschrieben, mittels der weiteren elektrischen Maschine 24 antreibbar. Sowohl die weitere elektrische Maschine 24 als auch die zusätzliche elektrische Maschine sind bevorzugt an die elektrische Maschine 5 elektrisch angeschlossen, insbesondere über den Energiespeicher 32.
