DE102018217827A1

DE102018217827A1 - Getriebe und Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018217827A1
Application number: DE102018217827.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Matthias Horn; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2020-04-23
Also published as: US11485219B2; WO2020078640A1; US20210354550A1; CN112867621A; CN112867621B

Abstract

Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs. Mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3). Mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4). Mit einer Abtriebswelle (9). Mit einem die erste Antriebswelle und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5), wobei auf der Vorgelegewelle Zahnräder (16, 17, 18) angeordnet sind, die ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnräder (12, 13, 15) kämmen, wobei zumindest einige dieser Zahnräder in auf der Abtriebswelle (9) angeordnete Zahnräder (20, 21) kämmen, und wobei sowohl der ersten Antriebswelle (7) als auch der Vorgelegewelle (11) Schaltelemente (A, B, C, D) zugordnet sind, die entweder einen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten Anzahl von Zahnradeingriffen bereitstellen. Mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6), das als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei ein Hohlrad (22) die zweite Antriebswelle (8) bildet, wobei ein Steg (23) über ein koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (14) an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist, und wobei dem Planetengetriebe Schaltelemente (F, E) zugordnet sind, über die ein Sonnenrad (24) gehäusefest anbindbar oder das Planetengetriebe in Blockumlauf bringbar ist. Mit einer über eines der der Vorgelegewelle zugeordneten Schaltelemente (A) bereitstellbaren Teilgetriebekopplung der Teilgetriebe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs.
Aus der US 2017/0129323 A1 ist ein Getriebe eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bekannt. Das Getriebe verfügt über eine erste Antriebswelle, an die ein erstes Antriebsaggregat koppelbar ist, sowie über eine zweite Antriebswelle, an die ein zweites Antriebsaggregat koppelbar ist. Ferner umfasst das Getriebe eine Abtriebswelle, an die ein Abtrieb koppelbar ist. Die erste Antriebswelle ist Bestandteil eines ersten Teilgetriebes für das erste Antriebsaggregat. Die zweite Antriebswelle ist Bestandteil eines zweiten Teilgetriebes für das zweite Antriebsaggregat. Beide Teilgetriebe sind nach der US 2017/0129323 A1 als Stirnradgetriebe ausgeführt. Die beiden Teilgetriebe sind aneinander koppelbar, und zwar über ein auf einer Vorgelegewelle angeordnetes Schaltelement.
Das Getriebe gemäß US 2017/0129323 A1 benötigt einen relativ großen Bauraum und weist ein relativ hohes Gewicht auf.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Getriebe eines Kraftfahrzeugs und ein Antriebssystem mit einem solchen Getriebe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das Getriebe weist eine erste Antriebswelle für ein erstes Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine zweite Antriebswelle für ein zweites Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine Abtriebswelle auf.
Das Getriebe weist ein die erste Antriebswelle und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle gekoppelte Vorgelegewelle umfassendes erstes Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat auf, wobei auf der Vorgelegewelle Zahnräder angeordnet sind, die ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, wobei zumindest einige der koaxial zur ersten Antriebswelle angeordneten Zahnräder in auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, und wobei sowohl der ersten Antriebswelle als auch der Vorgelegewelle Schaltelemente zugordnet sind, die abhängig von deren Schaltstellung für das erste Antriebsaggregat entweder einen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten, größeren Anzahl von Zahnradeingriffen bereitstellen.
Das Getriebe weist ein die zweite Antriebswelle umfassenden zweites Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat auf, wobei das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Steg ausgebildet ist, wobei das Hohlrad des Planetengetriebes die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bildet, wobei der Steg des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad an die Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei dem Planetengetriebe Schaltelemente zugordnet sind, über die abhängig von deren Schaltstellung das Sonnenrad gehäusefest anbindbar oder das Planetengetriebe in Blockumlauf bringbar ist.
Das Getriebe weist ferner eine über eines der der Vorgelegewelle zugeordneten Schaltelemente bereitstellbare Teilgetriebekopplung zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe auf, wobei dann, wen dieses der Vorgelegewelle zugeordnete Schaltelement, über welches die Teilgetriebekopplung bereitstellbar ist, geschlossen ist, das Hohlrad des Planetengetriebe an die Vorgelegewelle und über die Vorgelegwelle an die erste Antriebswelle gekoppelt ist.
Beim erfindungsgemäßen Getriebe ist das Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat nicht als Stirnradgetriebe, sondern als Planetengetriebe ausgeführt.
Die Antriebsseite bzw. Antriebswelle des Planetengetriebes stellt das Hohlrad desselben bereit. Die Abtriebsseite des Planetengetriebes wird vom Steg gebildet, der mit der Abtriebswelle in Wirkverbindung steht. Das Sonnenrad des Planentengetriebes kann abhängig von der Schaltstellung der dem Planetengetriebe zugeordneten Schaltelemente entweder gehäusefest angebunden werden oder zur Gewährleistung eines Blockumlaufs an ein anderes Element des Planentengetriebes, z.B. an das Hohlrad desselben, angekoppelt werden. Das Sonnenrad des Planentengetriebes könnte zur Verblockung jedoch auch alternativ an den Steg des Planentengetriebes angebunden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe kann die Abtriebswelle sehr kurz mit lediglich zwei Stirnradebenen zu den koaxial zur ersten Antriebswelle angeordneten Zahnrädern ausgeführt werden. Dadurch können Bauraum und Gewicht des Getriebes reduziert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist dem Planetengetriebe ein weiteres Schaltelement zugordnet, über welches abhängig von der Schaltstellung am Planetengetriebe ein Drehzahlüberlagerungsmodus für das erste und zweite Antriebsaggregat einstellbar ist, in welchem das erste Antriebsaggregat mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes, das zweite Antriebsaggregat mit dem Hohlrad des Planetengetriebes und der Steg des Planetengetriebes mit der Abtriebswelle gekoppelt ist.
Über den Drehzahlüberlagerungsmodus kann ein sogenannter EDA-Modus für ein sogenanntes elektrodynamisches Fahren bereitgestellt werden. Im EDA-Modus wird dann die mit der zweiten Antriebswelle in Wirkverbindung stehende elektrische Maschine rückwärtsdrehend und demnach generatorisch betrieben, sodass der EDA-Modus auch dann genutzt werden kann, wenn ein elektrischer Energiespeicher nicht geladen ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein drittes Antriebsaggregat vorhanden, welches als elektrische Maschine ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat mit der ersten Antriebswelle in Wirkverbindung steht.
Mit der zweiten elektrischen Maschine bzw. dem dritten Antriebsaggregat ist ein besonders vorteilhafter Betrieb des Getriebes möglich. So kann die zweite elektrische Maschine bzw. das dritte Antriebsaggregat als Starter-Generator arbeiten und die Funktionalität eines das Getriebe umfassenden Hybrid-Antriebssystems verbessern. Zudem ist ein serieller Fahrbetrieb möglich, in welchem das dritte Antriebsaggregat, also die zweite elektrische Maschine, elektrischen Strom für das zweite Antriebsaggregat, also die erste elektrische Maschine, in definierten Schaltzuständen des Getriebes erzeugt.
Dann, wenn das dritte Antriebsaggregat in Kombination mit einer Trennkupplung zwischen dem ersten Antriebsaggregat und der ersten Antriebswelle genutzt wird, sind rein elektrische EDS-Lastschaltungen bereitstellbar.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
2 eine Schaltmatrix des Antriebssystems der 1;
3 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
4 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
5 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem vierten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
6 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem fünften Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
7 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem sechsten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
8 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem siebten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
9 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem achten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
10 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Getriebes.

1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Getriebe 2 und zwei Antriebsaggregate 3, 4 umfasst, nämlich ein vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildetes erstes Antriebsaggregat 3 und ein vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildetes zweites Antriebsaggregat 4.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich demnach um ein Hybrid-Antriebssystem mit dem Verbrennungsmotor 3, der elektrische Maschine 4 und dem erfindungsgemäßen Getriebe 2.
Das erfindungsgemäße Getriebe 2 umfasst zwei Teilgetriebe 5 und 6, nämlich ein erstes Teilgetriebe 5 für das vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3, wobei dieses erste Teilgetriebe 5 eine erste Antriebswelle 7 umfasst, an die im Ausführungsbeispiel der 1 das erste Antriebsaggregat 3 permanent angebunden ist.
Das erfindungsgemäße Getriebe 2 weist ferner ein zweites Teilgetriebe 6 auf. Das zweite Teilgetriebe 6 dient als Teilgetriebe für das vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4, wobei das zweite Teilgetriebe 6 eine zweite Antriebswelle 8 bereitstellt, an die in 1 das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 permanent unmittelbar gekoppelt ist.
Das Getriebe 2 verfügt weiterhin über eine Abtriebswelle 9, nämlich eine einzige Abtriebswelle 9, an die ein Abtrieb 10 gekoppelt ist. Vom Abtrieb 10 ist hier schematisiert als Differential gezeigt.
Das erste Teilgetriebe 5 verfügt zusätzlich zu der ersten Antriebswelle 7 für das erste Antriebsaggregat 3 über eine Vorgelegewelle 11. Die Vorgelegewelle 11 erstreckt sich parallel zur ersten Antriebswelle 7.
Auf der Vorgelegewelle 11 sind Zahnräder 16, 17 und 18 angeordnet bzw. gelagert. Bei dem Zahnrad 16 der Vorgelegewelle 11 handelt es sich um ein Festrad, welches drehfest mit der Vorgelegewelle 11 verbunden ist. Bei den Zahnräder 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 handelt es sich um Losräder.
Der Vorgelegewelle 11 sind die beiden Schaltelemente A und C des ersten Teilgetriebes 5 zugeordnet, die vorzugsweise ein Doppelschaltelement bilden, sodass immer nur eines dieser Schaltelemente A und C geschlossen sein kann. Dann, wenn das Schaltelement A geschlossen ist, ist das Losrad 18 an die Vorgelegewelle 11 drehfest angebunden. Dann hingegen, wenn das Schaltelement C geschlossen ist, ist das Losrad 17 an die Vorgelegewelle 11 drehfest angebunden.
Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordnete Zahnräder, nämlich in die Zahnräder 12, 13 und 15. Bei dem Zahnrad 12 handelt es sich um ein Festrad der ersten Antriebswelle 7, welches in das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11 kämmt. Hierdurch wird eine Konstantübersetzung ic für die Vorgelegewelle 11 realisiert.
Bei dem koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordneten Zahnrad 13, welches in das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 kämmt, handelt es sich um ein Losrad der ersten Antriebswelle 7, welches dann an die erste Antriebswelle 7 drehfest gekoppelt ist, wenn ein der ersten Antriebswelle 7 zugeordnetes Schaltelement D des ersten Teilgetriebes 5 geschlossen ist.
Auf der ersten Antriebswelle 7 ist ein weiteres Losrad 14 gelagert, welches koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordnet ist. Dieses Losrad 14 ist dann an die Antriebswelle 7 drehfest gekoppelt, wenn ein weiteres der ersten Antriebswelle 7 zugeordnetes Schaltelement B des ersten Teilgetriebes 5 geschlossen ist.
Diese beiden der ersten Antriebswelle 7 zugeordneten Schaltelemente D und B sind dabei wiederum vorzugsweise als Doppelschaltelement ausgeführt, wobei immer nur eines dieser Schaltelemente D, B geschlossen sein kann.
Das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 kämmt in das Zahnrad 15. Auch dieses Zahnrad 15 ist koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positioniert.
Bedingt dadurch, dass die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 ausschließlich mit Zahnrädern 12, 13 und 15 kämmen, die koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordnet sind, und demnach nicht mit Zahnrädern der Abtriebswelle 9 kämmen, kann die Vorgelegewelle 11 in Umfangsrichtung gesehen relativ frei zur ersten Antriebswelle 7 positioniert werden, nämlich dann, wenn eine geometrische Kollision mit anderen Baugruppen vermieden wird.
Die Abtriebswelle 9 des Getriebes 2 trägt Zahnräder 19, 20 und 21, die allesamt als Festräder ausgebildet sind. Das Festrad 19 der Abtriebswelle 9 kämmt dabei in den Abtrieb 10, nämlich das Differential des Abtriebs 10. Das Festrad 20 kämmt in das Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7. Das Festrad 21 kämmt in das Losrad 14 der ersten Antriebswelle 7.
Zusätzlich zu diesem ersten Teilgetriebe 5 für das erste Antriebsaggregat 3, welches vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, umfasst das Getriebe 2 das zweite Teilgetriebe 6 für das zweite Antriebsaggregat 4, welches vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist.
Dieses zweite Teilgetriebe 6 ist dabei als Planetengetriebe ausgeführt und umfasst ein Hohlrad 22, einen Steg 23 und ein Sonnenrad 24. Der Steg 22 stellt die zweite Antriebswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 bereit, an welche im Ausführungsbeispiel der 1 das zweite Antriebsaggregat 4 unmittelbar und permanent angebunden ist. Die Abtriebsseite des zweiten Teilgetriebes 6 wird vom Steg 23 bereitgestellt, der mit dem Losrad 14 und über das Losrad 14 mit dem Festrad 21 der Abtriebswelle 9 gekoppelt ist.
Dem zweiten, als Planetengetriebe ausgebildeten Teilgetriebe 6 sind Schaltelemente F und E zugeordnet. Über die Schaltelemente F und E kann das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes 6 entweder an ein Gehäuse 25 gehäusefest angebunden werden oder derart an ein anderes Element des Planetengetriebes gekoppelt werden, dass sich das Planetengetriebe im Blockumlauf befindet.
Dann, wenn das Schaltelement E geschlossen ist, ist das Sonnenrad 24 des als Planetengetriebe ausgebildeten zweiten Teilgetriebes 6 gehäusefest angebunden. Dann hingegen, wenn das Schaltelement F geschlossen ist, befindet sich das Planetengetriebe 6 im Blockumlauf, und zwar dadurch, dass das Sonnenrad 24 in 1 an das Hohlrad 22 angebunden ist.
Im Unterschied hierzu wäre es auch möglich, den Blockumlauf für das als Planetengetriebe ausgebildete zweite Teilgetriebe 6 dadurch bereitzustellen, dass das Sonnenrad 24 an den Steg 23 angebunden wird.
Wie bereits ausgeführt, dient das erste Teilgetriebe 5 als Teilgetriebe für das vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3. Abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente A, B, C oder D stellt dabei das erste Teilgetriebe 5 für das erste Antriebsaggregat 3 entweder einen konventionellen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit zwei Zahnradeingriffen, oder einen Windungsgang mit einer zweiten, größeren Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit vier Zahnradeingriffen, bereit.
Beim Gang VM1 und Gang VM3 der Schaltmatrix der 2 handelt es sich dabei um derartige Windungsgänge, bei welchen eines der der Vorgelegewelle 11 zugeordneten Schaltelemente C oder A geschlossen ist.
Bei den konventionellen Gängen mit der geringeren Anzahl an Zahnradeingriffen handelt es sich um die Gänge VM2 und VM4 der Schaltmatrix der 2. In den konventionellen Gängen sind die Schaltelemente C und A geöffnet.
Die beiden Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 2 sind über eine Teilgetriebekopplung miteinander koppelbar. Diese Teilgetriebekopplung wird von dem der Vorgelegewelle 11 zugeordneten Schaltelement A bereitgestellt. Dann, wenn das Schaltelement A geschlossen ist, stehen das erste Antriebsaggregat 3, welches vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, und das zweite Antriebsaggregat 4, welches vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist, in einem festen Drehzahlverhältnis. So kann dann das erste Antriebsaggregat 3 die Gänge des zweiten Teilgetriebes 6 nutzen, ebenso kann das zweite Teilgetriebe 4 dann die Gänge des ersten Teilgetriebes 5 nutzen. So nutzt insbesondere im Zustand 1 der Schaltmatrix der 1 der erste Gang des Verbrennungsmotors 3 den ersten Gang der elektrischen Maschine EM1, die dem zweiten Antriebsaggregat 4 der 1 entspricht, mit.
Die Schaltmatrix der 2 fasst die realisierbaren Schaltzustände, Gänge sowie Übersetzungen des Getriebes 2 der 1 zusammen. Jeweils geschlossene Schaltelemente sind mit einem X gekennzeichnet. Es kann rein elektrisch über das zweite Antriebsaggregat 4 - die elektrische Maschine EM - oder rein verbrennungsmotorisch über das erste Antriebsaggregat 3 - den Verbrennungsmotor VM - oder hybridisch unter Beteiligung beider Antriebsaggregate 3, 4 gefahren werden. Die Übersetzungswerte der Schaltmatrix der 2 sind lediglich rein exemplarischer Natur.
Ferner kann in Neutral ein nicht gezeigter elektrischer Energiespeicher geladen werden.
Bedingt dadurch, dass das zweite Teilgetriebe 6 als Planetengetriebe ausgeführt ist, kann die Abtriebswelle 9 relativ kurz ausgeführt werden und verfügt über lediglich zwei mit den Losrädern 13, 14 der ersten Antriebswelle 7 kämmende Festräder 20, 21. Dadurch kann Bauraum und Gewicht eingespart werden. Dann, wenn die Schaltelemente F und E als Doppelschaltelement ausgeführt sind, welches am Ende der ersten Antriebswelle 7 angeordnet ist, kann der Bauraum weiter reduziert werden. Weitere Bauraumersparnis ist möglich, wenn wie in 1 die elektrische Maschine bzw. das zweite Antriebsaggregat 4 koaxial ausgeführt ist, da dann der Planetensatz des Planetengetriebes im Rotor der elektrischen Maschine 4 geschachtelt angeordnet werden kann.
3 zeigt eine Abwandlung des Getriebes 2 der 1, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 3 vom Ausführungsbeispiel der 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass das vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 nicht koaxial, sondern vielmehr achsparallel angeordnet ist. Das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 ist dabei über mindestens eine Stirnradstufe 26 an das Hohlrad 22 des Planetensatzes des zweiten Teilgetriebes 6 angebunden. Alternativ kann das zweite Antriebsaggregat 4 über eine Kette an das Hohlrad 22 angebunden werden, welches die zweite Antriebswelle 8 bereitstellt. Zwischen Hohlrad 22 und zweites Antriebsaggregat 4 kann auch eine Vorübersetzung über eine weitere Planentenstufe geschaltet sein. Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 weiterhin dadurch, dass bei geschlossenem Schaltelement F das Sonnenrad 24 mit dem Steg 23 verblockt ist und nicht mit dem Hohlrad 22. Auch in 3 kann bei geschlossenem Schaltelement F für das Planetengetriebe ein Blockumlauf realisiert werden.
Eine weitere Abwandlung des Getriebes 2 der 1 zeigt 4, wobei in 4 das vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 über mindestens eine Stirnradstufe 27 oder auch über eine Kette an das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 angebunden ist und so über das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 mittelbar mit dem Hohlrad 22 gekoppelt und damit mittelbar mit der zweiten Antriebswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 in Wirkverbindung steht. In der Ausführungsform der 4 ist in Analogie zum Ausführungsbeispiel der 3 dann, wenn das Schaltelement F geschlossen ist, das Sonnenrad 24 an den Steg 3 gekoppelt, um so für das Planetengetriebe des zweiten Teilgetriebes 6 einen Blockumlauf bereitzustellen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4, ebenso wie in der weiter unten beschriebenen Ausführungsform der 7, die erste Antriebswelle 7 nicht bis zum Ende des Getriebes 2 verlaufen muss, vielmehr kann die erste Antriebswelle 7, ausgehend vom ersten Antriebsaggregat 3 aus gesehen auch lediglich bis zum Schaltelement B reichen.
5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher das Getriebe 2 gespiegelt ist bzw. das vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4 an der gegenüberliegenden Seite des Getriebes 2 an die erste Antriebswelle 7 angebunden ist.
6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die auf der Ausführungsform der 3 beruht und ein weiteres Schaltelement G aufweist, welches dem zweiten Teilgetriebe 6 zugeordnet ist. Dann, wenn ausschließlich dieses weitere Schaltelement G geschlossen ist und alle anderen Schaltelemente A. B, C, D, E und F geöffnet sind, besteht ein EDA-Betriebsmodus bzw. Drehzahlüberlagerungsmodus für das erste Antriebsaggregat 3 und das zweite Antriebsaggregat 4 am Planetengetriebe 6. Das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 ist bei geschlossenem Schaltelement G an das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes angebunden. Das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 ist mit dem Hohlrad 22 des Planetengetriebes wirkverbunden. Der Steg 23 fungiert wiederum als Abtrieb. Im Zahlenbeispiel der 2 beträgt dann die Drehmomentübersetzung von dem vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsaggregat 3 zum Abtrieb, nämlich zum Differential, 14,9 und ist höher als der erste Gang. Durch den bei geschlossenem Schaltelement G und allen anderen geöffneten Schaltelementen bereitgestellten EDA-Betriebsmodus kann demnach die Spreizung des Getriebes 2 erweitert werden. Die Drehmomentübersetzung für das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 beträgt im Zahlenbeispiel der 2 8,63 und entspricht dem ersten Gang für das zweite Antriebsaggregat 4.
Im EDA-Betriebsmodus kann bei leerem Energiespeicher angefahren werden, da dann das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 rückwärtsdrehend und demnach generatorisch bei stillstehendem Fahrzeug arbeitet.
Im Ausführungsbeispiel der 7, welches ebenfalls auf dem Ausführungsbeispiel der 3 aufbaut, ist ein drittes Antriebsaggregat 28 vorhanden, welches ebenso wie das zweite Antriebsaggregat 4 als elektrische Maschine ausgeführt ist.
Dieses als elektrische Maschine ausgeführte dritte Antriebsaggregat 28 ist dabei in 7 über eine oder mehrere Stirnradstufen 29 an die Vorgelegewelle 11 angebunden, nämlich an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11, welches mit dem Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 in Eingriff steht. Da die Vorgelegewelle 11 über die Konstantübersetzungsstufe ic der ersten Antriebswelle 7 in einem festen Drehzahlverhältnis steht, kann das dritte Antriebsaggregat 28 vorteilhaft an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11 angebunden werden. Es ist auch ein weiterer Planetensatz als Vorübersetzung direkt am Rotor des dritten Antriebsaggregats 28 möglich.
Alternativ kann das dritte Antriebsaggregat 28 auch direkt an das Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 angebunden werden. Ferner kann das dritte Antriebsaggregat 26 über eine Kette verbunden werden, hierfür wäre ein zusätzliches Festrad auf der ersten Antriebswelle 7 oder der Vorgelegewelle 11 erforderlich, an welchem die Kette angreifen kann. Weiterhin kann das dritte Antriebsaggregat 28, bei welchem es sich um eine weitere elektrische Maschine handelt, auch koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordnet werden, und zwar an beiden Enden des Getriebes 2, also entweder benachbart bzw. angrenzend an das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 oder am gegenüberliegenden Ende angrenzend an das zweite Teilgetriebe 6. Ebenso ist auch eine Kombination von zwei koaxialen elektrischen Maschinen 4 und 28, in Analogie zur Variante der 1, möglich.
Das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 kann als Starter-Generator arbeiten und so die Funktion des Antriebssystems verbessern. Ferner ist ein serieller Fahrbetrieb möglich, bei dem das dritte Antriebsaggregat 28 für das zweite Antriebsaggregat 4 elektrischen Strom erzeugt und zwar in den Schaltzuständen 10 und 11 der Schaltmatrix der 2.
8 zeigt eine Weiterentwicklung der 7, in welcher wiederum das weitere Schaltelement G vorhanden ist. Die Variante der 8 entspricht demnach sozusagen einer Kombination der Varianten der 6 und 7, wobei zusätzlich eine Trennkupplung K0 vorhanden ist, die zwischen die erste Antriebswelle 7 und das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 geschaltet ist.
Bei dieser Trennkupplung K0 handelt es sich im Ausführungsbeispiel der 8 um eine formschlüssige Trennkupplung.
Dann, wenn die Trennkupplung K0 geschlossen oder alternativ nicht vorhanden ist, kann ein leistungsverzweigter Fahrbetrieb bereitgestellt werden. Dann, wenn in 8 die Trennkupplung K0 geschlossen ist und darüber hinaus ausschließlich nur das weitere Schaltelement G geschlossen ist und alle weiteren Schaltelemente A, B, C, D, E und F geöffnet sind, kann ein leistungsverzweigter Fahrbetrieb bereitgestellt werden, bei dem alle drei Antriebsaggregate 3, 4 und 28 zusammenwirken. Dieser Fahrbetrieb kann zum Anfahren bei leerem elektrischem Energiespeicher verwendet werden, auch bis zu höheren Geschwindigkeiten hin. Es ist ein Übergang in die Gänge VM2, VM3 und VM4 der Schaltmatrix der 2 möglich, wenn eines der Schaltelemente B, C oder D geschlossen wird.
Dann, wenn in 8 die Trennkupplung K0 geöffnet ist, kann rein elektrisch gefahren werden. In diesem Fall tritt dann das dritte Antriebsaggregat 28 an die Stelle des ersten Antriebsaggregats 3. Das dritte, als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsaggregat 28 kann dann die Gänge des ersten Teilgetriebes 5 nutzen. Schaltzustände, die in der Tabelle der 2 für das Ausführungsbeispiel der 1 mit der Bemerkung „Hybridantrieb“ versehen sind, bedeuten dann in 8 einen Betrieb mit beiden elektrischen Maschinen 4 und 28. Die Angaben für den Verbrennungsmotor gelten dann für das dritte Antriebsaggregat, also die elektrische Maschine 28.
Bei der Ausführungsform der 8 ist bei geöffneter Trennkupplung K0 eine rein elektrische Lastschaltung, eine sogenannte EDS-Lastschaltung, möglich. Ausgehend vom Schaltzustand 10 der 2, bei welchem das als elektrische Maschine ausgeführte zweite Antriebsaggregat 4 den ersten elektromotorischen Gang nutzt, ist es möglich, ohne Zugkraftunterbrechung in den Schaltzustand 11 der Schaltmatrix der 2 zu gelangen. Dazu wird dann das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 über das weitere Schaltelement G an das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes 6 angekoppelt und übernimmt ein Stützmoment für das Schaltelement E. Das Schaltelement E wird nachfolgend ausgelegt. Dann wird das Schaltelement F synchronisiert und eingelegt.
Hierbei ist von Vorteil, dass das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 am Sonnenrad 24 deutlich weniger Stützmoment und Leistung benötigt als das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 am Hohlrad 22. Dadurch kann das dritte Antriebsaggregat 28 durch eine vergleichsweise kleine und kostengünstige elektrische Maschine realisiert werden.
Bei offener Trennkupplung K0 kann auch rein elektrisch in einem sogenannten EDA-Modus angefahren werden. Dann, wenn ausschließlich das Schaltelement G geschlossen ist und alle anderen Schaltelemente geöffnet sind, besteht zwischen den beiden elektrischen Maschinen, die von den Antriebsaggregaten 4 und 28 bereitgestellt werden, am Planetengetriebe 6 ein Drehzahlüberlagerungsmodus. So kann rein elektrisch angefahren werden, wobei beide elektrischen Maschinen 4 und 28 auch bei Fahrzeugstillstand drehen können. Hierdurch kann ein sogenanntes Stillstands-Derating an den elektrischen Maschinen 4, 28 verhindert werden.
Es ist möglich, die Trennkupplung K0 und das weitere Schaltelement G über einen gemeinsamen Aktuator zu betätigen, sodass immer nur eines der Schaltelemente K0 oder G geschlossen sein kann, aber nie beide gleichzeitig. Hierdurch kann ein Aktuator eingespart werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass dann ein leistungsverzweigter Fahrbetrieb bei geschlossener Trennkupplung K0 nicht möglich ist, da dann K0 und G nicht gleichzeitig geschlossen sein können. Es ist jedoch ein serieller Fahrbetrieb bei leerem elektrischem Energiespeicher möglich.
9 zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Kupplung K0 und das weitere Schaltelement G als ein Doppelschaltelement ausgeführt und über einen gemeinsamen Aktuator betätigbar sind. Dabei ist das Getriebe 2 des Ausführungsbeispiels der 9 im Vergleich zum Getriebe 2 der 8 gespiegelt, das heißt der Verbrennungsmotor 3 ist an der anderen Seite des Getriebes 2 angebunden. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 8 und dem Ausführungsbeispiel der 9 besteht darin, dass in 9 das dritte Antriebsaggregat 28 über mindestens eine Stirnradstufe 29 an das Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 angebunden ist, und nicht, wie in 8, an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung zeigt 10, die sich von der Ausführungsform der 8 dadurch unterscheidet, dass die Trennkupplung K0 nicht als formschlüssige Kupplung sondern als Reibkupplung ausgeführt ist. Die Verwendung einer reibschlüssigen Trennkupplung K0 ist von Vorteil, da eine reibschlüssige Trennkupplung K0 auch unter Last geöffnet werden kann, sodass dann ein Abwürgeschutz für das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 bereitgestellt werden kann. Das bedeutet dann, dass die Trennkupplung K0 bei einer Notbremsung geöffnet werden kann, um zu verhindern, dass das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 ungewünscht zum Stillstand kommt.
Die in 1 bis 10 gezeigten Varianten können beliebig untereinander kombiniert werden. So kann in jedem Ausführungsbeispiel, in welchem die Trennkupplung K0 als formschlüssige Klauenkupplung gezeigt ist, eine reibschlüssige Trennkupplung K0 zum Einsatz kommen. Sämtliche Varianten können mit und ohne Trennkupplung realisiert werden. Sämtliche Varianten können mit und ohne Schaltelement G realisiert werden. In sämtlichen Varianten kann das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 koaxial oder achsparallel ausgeführt sein. Sämtliche Varianten können das dritte Antriebsaggregat 28, welches als weitere elektrische Maschine ausgeführt ist, nutzen oder auch nicht nutzen. Die elektrische Maschinen 4, 28 können vorzugsweise integrale Baugruppen des Getriebes 2 sein.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Getriebe
3: erstes Antriebsaggregat / Verbrennungsmotor
4: zweites Antriebsaggregat / elektrische Maschine
5: erstes Teilgetriebe
6: zweites Teilgetriebe
7: erste Antriebswelle
8: zweite Antriebswelle
9: Abtriebswelle
10: Abtrieb
11: Vorgelegwelle
12: Festrad
13: Losrad
14: Losrad
15: Losrad
16: Festrad
17: Losrad
18: Losrad
19: Festrad
20: Festrad
21: Festrad
22: Hohlrad
23: Steg
24: Sonnenrad
25: Gehäuse
26: Stirnradstufe
27: Stirnradstufe
28: drittes Antriebsaggregat / elektrische Maschine
29: Stirnradstufe
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
E: Schaltelement
F: Schaltelement
G: Schaltelement
K0: Trennkupplung

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 2017/0129323 A1 [0002, 0003]

Claims

Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3), mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4), mit einer Abtriebswelle (9), mit einem die erste Antriebswelle (7) und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5) für das erste Antriebsaggregat (3), wobei auf der Vorgelegewelle (11) Zahnräder (16, 17, 18) angeordnet sind, die ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnräder (12, 13, 15) kämmen, wobei zumindest einige der koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordneten Zahnräder (14, 15) in auf der Abtriebswelle (9) angeordnete Zahnräder (20, 21) kämmen, wobei sowohl der ersten Antriebswelle (7) als auch der Vorgelegewelle (11) Schaltelemente (A, B, C, D) zugordnet sind, die abhängig von deren Schaltstellung für das erste Antriebsaggregat (3) entweder einen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten, größeren Anzahl von Zahnradeingriffen bereitstellen, mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6) für das zweite Antriebsaggregat (4), wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (24), einem Hohlrad (22) und einem Steg (23) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (22) des Planetengetriebes die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) bildet, wobei der Steg (23) des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (14) an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist, wobei dem Planetengetriebe Schaltelemente (F, E) zugordnet sind, über die abhängig von deren Schaltstellung das Sonnenrad (24) gehäusefest anbindbar oder das Planetengetriebe in Blockumlauf bringbar ist, mit einer über eines der der Vorgelegewelle (11) zugeordneten Schaltelemente (A) bereitstellbaren Teilgetriebekopplung zwischen dem ersten Teilgetriebe (5) und dem zweiten Teilgetriebe (6), wobei dann, wenn dieses der Vorgelegewelle (11) zugeordneten Schaltelement (A) geschlossen ist, das Hohlrad (22) des Planetengetriebe an die Vorgelegewelle (11) und über die Vorgelegwelle (11) an die erste Antriebswelle (7) gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) direkt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) unmittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) indirekt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) mittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Planetengetriebe ein weiteres Schaltelement (G) zugeordnet ist, über das abhängig von der Schaltstellung am Planetengetriebe ein Drehzahlüberlagerungsmodus für das erste und zweite Antriebsaggregat (3, 4) einstellbar ist, in welchem das erste Antriebsaggregat (3) mit dem Sonnenrad (24) des Planetengetriebes, das zweite Antriebsaggregat (4) mit dem Hohlrad (22) des Planetengetriebes und der Steg (23) des Planetengetriebes mit der Abtriebswelle (9) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein drittes Antriebsaggregat (28), welches als elektrische Maschine ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat (28) mit der ersten Antriebswelle (7) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Konstantübersetzung zwischen erster Antriebswelle (7) und Vorgelegewelle (11) ein auf der ersten Antriebswelle angeordnetes Festrad (12) in ein auf der Vorgelegewelle angeordnetes Festrad (16) kämmt.
Getriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Antriebsaggregat (28) entweder an das auf der ersten Antriebswelle (7) angeordnete Festrad (12) oder an das auf der Vorgelegewelle (11) angeordnete Festrad (16) gekoppelt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine der ersten Antriebswelle (7) zugeordnete Trennkupplung (K0) zur abkoppelbaren Anbindung des ersten Antriebsaggregats (3) an die erste Antriebswelle (7).
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Trennkupplung (K0) als formschlüssige oder reibschlüssige Trennkupplung ausgebildet ist.
Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem an die erste Antriebswelle (7) gekoppelten ersten Antriebsaggregat (3), mit einem an die zweite Antriebswelle (8) gekoppelten zweiten Antriebsaggregat (4), mit einem an die Abtriebswelle (9) gekoppelten Abtrieb (10).