DE102018217829A1

DE102018217829A1 - Getriebe und Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018217829A1
Application number: DE102018217829.1A
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: US20210347244A1; CN112867620A; US11338663B2; CN112867620B; WO2020078639A1

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 (7) und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5), 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 dieser 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 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), wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe ausgebildet ist, wobei ein Hohlrad (22) die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) bildet, wobei ein Steg (23) an die Abtriebswelle (9) und an ein auf der Vorgelegewelle (11) angeordnetes Zahnrad (18) permanent gekoppelt ist, wobei dem Planetengetriebe Schaltelemente (F, E) zugordnet sind, über die abhängig von deren Schaltstellung ein Sonnenrad (24) gehäusefest anbindbar oder das Planetengetriebe in Blockumlauf bringbar ist.

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, 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 umfassendes 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 die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bildet, wobei der Steg an die Abtriebswelle und an ein auf der Vorgelegewelle angeordnetes Zahnrad permanent gekoppelt ist, und wobei dem Planetengetriebe Schaltelemente zugordnet sind, über die abhängig von deren Schaltstellung das Sonnenrad gehäusefest anbindbar oder das Planetengetriebe in Blockumlauf bringbar ist.
Das erste Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, ist als Stirnradgetriebe mit ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Auf der Vorgelegewelle angeordnete Zahnräder kämmen dabei ausschließlich in solche Zahnräder, die koaxial zur ersten Antriebswelle des ersten Teilgetriebes angeordnet sind. Hierdurch kann die Vorgelegewelle frei im Raum relativ zur ersten Antriebswelle positioniert werden. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe, nämlich der Vorgelegewelle und der ersten Antriebswelle, zugeordneten Schaltelemente stellt das erste Teilgetriebe entweder einen konventionellen Gang mit einer ersten Anzahl, insbesondere mit zwei, Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten Anzahl, nämlich mit vier, Zahnradeingriffen bereit.
Das zweite Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist, ist als Planetengetriebe ausgeführt. Das Hohlrad stellt die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bereit. Der Steg ist an die für beide Teilgetriebe gemeinsame Abtriebswelle über ein Zahnrad gekoppelt. Der Steg ist ferner über ein weiteres Zahnrad an ein Zahnrad der Vorgelegwelle permanent gekoppelt. Das Sonnenrad kann abhängig von der Schaltstellung von Schaltelementen, die dem zweiten Teilgetriebe und damit dem Planetengetriebe zugeordnet sind, entweder gehäusefest an ein Gehäuse angebunden werden oder zur Bereitstellung eines Blockumlaufs an ein anderes Element des Planetengetriebes.
Für das erfindungsgemäße Getriebe kann eine besonders kompakte Bauform realisiert werden. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist und die Vorgelegewelle relativ zur ersten Antriebswelle frei im Raum positioniert werden kann und nicht mit der Abtriebswelle kämmt. Vorgelegewelle und Abtriebswelle können durch die Ausführung des zweiten Teilgetriebes als Planetengetriebe relativ kurz ausgeführt werden. Ein weiterer Bauraumvorteil kann dann realisiert werden, wenn die dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Schaltelemente, in Abhängigkeit derer das Sonnenrad entweder gehäusefest oder an ein anderes Element des Planetengetriebes angeordnet ist, als Doppelschaltelement ausgeführt und am Ende des Getriebes liegen, nämlich an einem bezogen auf die Anbindung des ersten Antriebsaggregats gegenüberliegenden Ende.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Steg des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad permanent an die Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei der Steg des Planetengetriebes über ein weiteres koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad permanent mit einem auf der Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad gekoppelt ist. Das koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnrad, welches den Steg des Planetengetriebes permanent mit der Abtriebswelle koppelt, und das koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnrad, welches den Steg des Planetengetriebes permanent mit einem auf der Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad koppelt, sind vorzugsweise als drehfest miteinander verbundene Losräder der ersten Antriebswelle ausgebildet.
Diese Ausführung ist bevorzugt, um bei minimalem Bauraum den Steg einerseits permanent mit der Abtriebswelle und andererseits permanent mit einem Zahnrad der Vorgelegewelle zu koppeln. Bei minimalem Bauraum können alle gewünschten Übersetzungsstufen bereitgestellt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist dem Planetengetriebe ein weiteres Schaltelement zugordnet, über das 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 dieses weitere dem Planetengetriebe zugeordnete Schaltelement kann ein sogenannter EDA-Betriebsmodus bereitgestellt werden, insbesondere ist ein Anfahren im EDA-Betriebsmodus auch bei leerem elektrischen Energiespeicher möglich.
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. Dann, wenn ein weiteres, drittes Antriebsaggregat vorhanden ist, welches ebenso wie das zweite Antriebsaggregat vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildet ist, können weitere Vorteile realisiert werden. So kann insbesondere das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat als Starter-Generator arbeiten und die Funktion des Getriebes bzw. des das Getriebe aufweisenden Antriebssystems verbessern. Dann, wenn zusätzlich eine Trennkupplung zwischen dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregat und der ersten Antriebswelle vorhanden ist, können rein elektrische Lastschaltungen bei geöffneter Trennkupplung bereitgestellt werden. Hierdurch kann dann der Betrieb eines das Getriebe aufweisenden Antriebssystems weiter verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs ist in Anspruch 12 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 weiteren Ausführungsbeispiel eines Getriebes.

1 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Getriebe 2 umfasst.
Das Antriebssystem 1 umfasst zusätzlich zu dem Getriebe 2 ein erstes Antriebsaggregat 3 und ein zweites Antriebsaggregat 4, wobei das erste Antriebsaggregat 3 vorzugsweise als Verbrennungsmotor und das zweite Antriebsaggregat 4 vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist. Bei dem Antriebssystem der 1 handelt es sich demnach um ein Hybrid-Antriebssystem.
Das Getriebe 2 umfasst zwei Teilgetriebe 5, 6. Das erste Teilgetriebe 5 dient als Teilgetriebe für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsaggregat 3, wobei das erste Antriebsaggregat 3 an eine erste Antriebswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 des Getriebes 2 koppelbar ist.
Das zweite Teilgetriebe 6 dient als Teilgetriebe für das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4, wobei das vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 an eine zweite Eingangswelle 8 des Getriebes 2 koppelbar ist, die vom zweiten Teilgetriebe 6 bereitgestellt ist.
Das Getriebe 2 verfügt weiterhin über eine für beide Teilgetriebe 5, 6 gemeinsame Abtriebswelle 9, an die ein Abtrieb 10 gekoppelt ist. Vom Abtrieb 10 ist in 1 ein Differenzial gezeigt.
Das erste Teilgetriebe 5 verfügt zusätzlich zu der ersten Antriebswelle 7, an die im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 das vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 permanent gekoppelt ist, über eine Vorgelegewelle 11. Die Vorgelegewelle 11 verläuft parallel zur ersten Antriebswelle 7, ist über eine Konstantübersetzung ic mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt und weist Zahnräder 16, 17, 18 auf, die ausschließlich mit koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordneten Zahnrädern 12, 13 und 15 kämmen. Die Vorgelegewelle 11 steht demnach nicht in Zahnradeingriff mit der Abtriebswelle 9 bzw. dem Differential 10, wodurch die Vorgelegewelle 11 relativ zur ersten Antriebswelle 7 vorteilhaft platziert werden kann, und zwar nahezu beliebig frei im Raum angeordnet werden kann, solange keine geometrische Kollision mit anderen Baugruppen besteht.
Bei den koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierten Zahnrädern handelt es sich um die Zahnräder 12, 13, 14 und 15. Beim Zahnrad 12 handelt es sich um ein Festrad, das drehfest mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt ist. Bei den Zahnrädern 13, 14 und 15 handelt es sich hingegen um Losräder. Die beiden Losräder 14 und 15 sind drehfest miteinander gekoppelt.
Der ersten Antriebswelle 7 sind zwei Schaltelemente B und D zugeordnet. Diese beiden Schaltelemente B und D sind vorzugsweise von einem Doppelschaltelement ausgeführt, wobei immer nur eines dieser Schaltelemente geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement D geschlossen ist, ist das Losrad 13 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt. Dann hingegen, wenn das Schaltelement B geschlossen ist, sind die beiden miteinander drehfest gekoppelten Zahnräder 14 und 15 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt.
Wie bereits ausgeführt, steht die Vorgelegewelle 11 mit der ersten Antriebswelle 7 über die Konstantübersetzung ic in Eingriff. So ist der Vorgelegewelle 11 das Festrad 16 zugeordnet, welches mit dem Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 kämmt.
Die Vorgelegewelle 11 trägt weiterhin die Losräder 17 und 18, wobei das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 mit dem Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7 kämmt, wohingegen des Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 mit dem Losrad 15 der ersten Antriebswelle 7 kämmt.
Der Vorgelegewelle 11 sind die beiden Schaltelemente A und C zugeordnet, die vorzugsweise wiederum von einem Doppelschaltelement bereitgestellt werden, sodass immer nur eines dieser Schaltelemente A und C geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement C geschlossen ist, ist das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 angebunden. Dann hingegen, wenn das Schaltelement A geschlossen ist, ist das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 gekoppelt.
Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen, wie oben ausgeführt, ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierte Zahnräder, nämlich in die Zahnräder 12, 13 und 15. Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen nicht in Zahnräder der Abtriebswelle. Bei den Zahnrädern der Abtriebswelle 9 handelt es sich um die Zahnräder 19, 20 und 21, die allesamt als Festräder der Abtriebswelle 9 ausgebildet sind. So kämmt das Zahnrad 19 in das Differential des Abtriebs 10. Das Zahnrad 20 kämmt in das Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7, das Zahnrad 21 kämmt in das Losrad 14 der ersten Antriebswelle 7.
Das erste Teilgetriebe 5 für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsaggregat 3 ist demnach als Stirnradgetriebe aus ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe 5 zugeordneten Schaltelemente A, B, C und D können entweder konventionelle Gänge mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit zwei Zahnradeingriffen, oder Windungsgängen mit einer größeren zweiten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit vier Zahnradeingriffen, bereitgestellt werden, wobei es sich bei den Windungsgängen mit den vier Zahnradeingriffen um diejenigen Gänge handelt, in welchen entweder das Schaltelement A oder das Schaltelement C geschlossen ist.
So zeigt die Schaltmatrix der 2, dass die Gänge Gang VM1 und Gang VM2 derartige Windungsgänge sind. Die Gänge Gang VM2 und Gang VM4 sind hingegen konventionelle Gänge mit lediglich zwei Zahnradeingriffen.
Bei dem zweiten Teilgetriebe 6 für das vorzugsweise als elektrische Maschine 4 ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 handelt es sich um ein Planetengetriebe, welches ein Hohlrad 22, einen Steg 23 und ein Sonnenrad 24 umfasst.
Das Hohlrad 22 des Planetengetriebes stellt die zweite Antriebswelle 8 des Getriebes 2, nämlich des zweiten Teilgetriebes 6 desselben, bereit. In 1 ist die elektrische Maschine, die das zweite Antriebsaggregat 4 bereitstellt, direkt bzw. unmittelbar an die zweite Antriebswelle 8 gekoppelt und koaxial zum Planetensatz positioniert, sodass der Planetensatz im Rotor der elektrischen Maschine 4 geschachtelt angeordnet ist.
Die Abtriebsseite des Planetengetriebes 6 wird vom Steg 23 gebildet, der einerseits an die Abtriebswelle 9 und andererseits an ein Zahnrad der Vorgelegewelle 11 permanent gekoppelt ist.
So zeigt 1, dass der Steg 23 des Planetengetriebes bzw. des zweiten Teilgetriebes 6 fest mit dem Losrad 14 und über das Losrad 14 fest bzw. permanent mit der Abtriebswelle 9 gekoppelt ist, nämlich dem Festrad 21 derselben.
Ferner steht der Steg 23 gemäß 1 über das Zahnrad 15, welches ebenso wie das Zahnrad 14 als Losrad der ersten Antriebswelle 7 ausgebildet ist und mit dem Zahnrad 14 permanent gekoppelt ist, permanent mit dem Zahnrad 18 der Vorgelegewelle 11 in Eingriff, bei welchem es sich um ein Losrad der Vorgelegewelle 11 handelt.
Beide Lösrader 17, 18 der Vorgelegewelle 11, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente C und A drehfest an die Vorgelegewelle 11 koppelbar sind, stehen demnach über die Losräder 13, 14, der ersten Antriebswelle 7, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente D und B drehfest an die ersten Antriebswelle 7 koppelbar sind, mit der Abtriebswelle 9 in Wirkverbindung. Die Zahnräder 16, 17, 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen aber ausschließlich in die koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierte Zahnräder und nicht in Zahnräder der Abtriebswelle 9.
Dem zweiten Teilgetriebe 6 sind Schaltelemente E und F zugeordnet. Abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente E und F ist das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes entweder gehäusefest an ein Gehäuse 25 oder an eine andere Baugruppe des Planetengetriebes angebunden. Bei geschlossenem Schaltelement E ist das Sonnenrad 24 an das Gehäuse 25 gehäusefest angebunden. Bei geschlossenem Schaltelement F ist in 1 das Sonnenrad 24 an das Hohlrad 22 des Planetengetriebes angebunden, wobei dann für das Planetengetriebe Blockumlauf besteht.
Das Getriebe 2 kann für einen rein elektrischen Fahrbetrieb, einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und einen hybridischen Fahrbetrieb genutzt werden. Die Schaltmatrix der 2 fasst mit den Zuständen 1 bis 14 die jeweils möglichen Fahrbetriebe, Gänge und exemplarisch Übersetzungsstufen des Getriebes in den jeweiligen Gängen zusammen. Schaltelemente, die in dem jeweiligen Gang bzw. Zustand des Getriebes 2 geschlossen sind, sind in der Schaltmatrix der 2 mit einem X gekennzeichnet. Die Übersetzungswerte der Schaltmatrix der 2 sind lediglich rein exemplarischer Natur.
3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 nicht koaxial, sondern achsparallel angeordnet ist. Das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 ist dabei gemäß 3 über mindestens eine Stirnradstufe 26 oder alternativ über eine Kette an das Hohlrad 22 des Planetengetriebes und damit die zweite Antriebswelle 8 des Getriebes 2 angebunden, steht derselben demnach nicht unmittelbar, sondern mittelbar in Wirkverbindung. Als Vorübersetzung kann in 3 zwischen das Planetengetriebe und die elektrische Maschine 4 auch ein weiterer Planetensatz geschaltet sein.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der 3 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass in 3 bei geschlossenem Schaltelement F das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes nicht an das Hohlrad 22, sondern an den Steg 23 angebunden ist. Auch in diesem Fall ist dann das Planetengetriebe verblockt.
In beiden Ausführungsbeispielen der 1 und 3 kann ein zusätzlicher Starter-Generator vorhanden sein, der fest mit dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregat 3 verbunden ist, da im Stillstand über das zweite Antriebsaggregat 4, welches als elektrische Maschine ausgeführt ist, kein Laden im Stillstand möglich ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ausführungsbeispielen der 1 und 3 sowie im Ausführungsbeispiel der 5 die erste Antriebswelle 7 auch verkürzt ausgeführt sein kann, und dann ausgehend von dem Verbrennungsmotor 3 lediglich bis zu dem Doppelschaltelement der Schaltelemente D und B reicht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 4. Das Ausführungsbeispiel der 4 baut auf dem Ausführungsbeispiel der 3 auf, wobei das Ausführungsbeispiel der 4 sich vom Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet, dass dem zweiten Teilgetriebe 6 des Getriebes 2 ein weiteres Schaltelement G zur Bereitstellung einer sogenannten EDA-Funktionalität zugeordnet ist.
Dann, wenn ausschließlich das Schaltelelement G geschlossen ist und alle anderen Schaltelemente A, B, C, D, E und F geöffnet sind, besteht ein Drehzahlüberlagerungsmodus zwischen dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregat 3 und dem als elektrische Maschine ausgebildeten zweiten Antriebsaggregat 4 am Planetengetriebe 6, wobei dann das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 an das Sonnenrad 24 gekoppelt ist und das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 auf die zweite Getriebeeingangswelle 8 bzw. das Hohlrad 22 des Planetengetriebes 6 einwirkt. Der Steg 23 dient als Abtrieb und wirkt auf die Abtriebswelle 9. Im Zahlenbeispiel der 2 beträgt die Drehmomentübersetzung vom Verbrennungsmotor 3 zum Differenzial dann 14,9 und ist höher als die Übersetzung des ersten Gangs. Der EDA-Betriebsmodus wirkt daher spreizungserweiternd .
Im EDA-Betriebsmodus ist ein Anfahren bei leerem elektrischem Energiespeicher möglich, da bei stillstehendem Fahrzeug dann das als elektrische Maschine ausgebildete erste Antriebsaggregat 4 generatorisch arbeitet.
Das Ausführungsbeispiel der 5 beruht ebenfalls auf dem Ausführungsbeispiel der 3 und verfügt über ein drittes Antriebsaggregat 28, welches ebenso wie das zweite Antriebsaggregat 4 als elektrische Maschine ausgeführt ist. Das dritte Antriebsaggregat 28 ist in 5 über mindestens eine Stirnradstufe 29 an die Vorgelegewelle 11 angebunden, also an das erste Teilgetriebe 5, und zwar an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11. Da die Vorgelegewelle 11 über die Konstantübersetzungsstufe ic mit der ersten Antriebswelle 7 in einem festen Drehzahlverhältnis steht, ist das Anbinden des als elektrische Maschine ausgebildeten dritten Antriebsaggregats 28 an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11 vorteilhaft möglich. Es ist auch möglich, am Rotor der elektrischen Maschine 28 als Vorübersetzung einen weiteren Planetensatz vorzusehen. Ferner kann das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 direkt an das Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 angebunden werden. Die Anbindung kann auch über eine Kette erfolgen, wozu jedoch ein zusätzliches Festrad auf der ersten Antriebswelle 7 oder der Vorgelegewelle 11 erforderlich wäre, welches von der Kette umschlungen werden kann.
Das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 kann auch koaxial an der ersten Antriebswelle 7 angeordnet werden. Ebenso können in 4 beide Antriebsaggregate 4 und 28, die von elektrischen Maschinen ausgeführt sind, jeweils koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positioniert werden.
Die Bauraumvorteile der frei positionierbaren Vorgelegewelle 11, deren Zahnräder 16, 17 und 18 ausschließlich mit koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierten Zahnrädern 12, 13 und 15 kämmen, fallen sich bei in Übereinstimmung mit 5 achsparallel angeordneten Antriebsaggregaten 4 und 28 noch stärker ins Gewicht, da bei achsparallelen elektrischen Maschinen 4, 28 mehr Teile am Getriebeumfang untergebracht werden müssen als dies bei koaxialen elektrischen Maschinen der Fall ist.
Das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 des Ausführungsbeispiels 5 kann als Starter-Generator arbeiten und die Funktion des Antriebssystems verbessern.
Auch ist im Ausführungsbeispiel der 5 ein serieller Fahrbetrieb möglich. Das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat 28 erzeugt im seriellen Fahrbetrieb elektrischen Strom für das ebenfalls als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4, und zwar in den Schaltzuständen 9 und 10 der Schaltmatrix der 2.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 6. Im Ausführungsbeispiel der 6 kombiniert die Ausführungsbeispiele der 4 und 5, verfügt also über das zusätzliche Schaltelement G sowie das dritte Antriebsaggregat 28. Ferner ist in 6 noch eine Trennkupplung K0 vorhanden, die zwischen das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 und die erste Antriebswelle 7 geschaltet ist. Dabei ist in 6 die Trennkupplung K0 als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildet. Dann, wenn die Trennkupplung K0 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 3 von der ersten Antriebswelle 7 abgekoppelt. Bei geschlossener Trennkupplung K0 ist hingegen der Verbrennungsmotor 3 an die erste Antriebswelle 7 angekoppelt.
Dann, wenn die Trennkupplung K0 geschlossen oder alternativ nicht vorhanden ist, ist ein leistungsverzweigter Fahrbetrieb möglich, und zwar unter Nutzung des EDA-Betriebsmodus, in welchem dann neben der Trennkupplung K0 ausschließlich das weitere Schaltelement G geschlossen ist und sämtliche anderen Schaltelemente A, B, C, D, E und F geöffnet sind. Die drei Antriebsaggregate 3, 4 und 28 wirken dann zusammen. Dieser leistungsverzweigte Fahrbetrieb kann zum Anfahren bei leerem elektrischen Energiespeicher verwendet werden, und auch bis zu höheren Geschwindigkeiten. Es ist dann ein Übergang in alle verbrennungsmotorischen Gänge möglich, wenn eines der Schaltelemente A, B, C und D geschlossen wird.
Im Ausführungsbeispiel der 6 kann bei geöffneter Trennkupplung K0 rein elektrisch gefahren werden. In diesem Fall tritt dann das dritte Antriebsaggregat 28 an die Stelle des ersten Antriebsaggregats 3, wobei das dritte Antriebsaggregat 28, welches als elektrische Maschine ausgeführt ist, dann die Gänge nutzen kann, die das erste Teilgetriebe 5 an sich für das erste Antriebsaggregat 3, welches als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, nutzen kann. Die Schaltzustände, die in der Schaltmatrix der 2 mit der Bemerkung „Hybridantrieb“ versehen sind, bedeuten dann in 6 bei geöffneter Trennkupplung K0 einen Betrieb mit beiden elektrischen Maschinen der Antriebsaggregate 4 und 28. Die Angaben für den Verbrennungsmotor der 2 gelten dann für die elektrische Maschine des Antriebsaggregats 28.
Im Ausführungsbeispiel der 6 kann eine rein elektrische EDS-Lastschaltung bei geöffneter Trennkupplung K0 realisiert werden. So kann ausgehend vom Schaltzustand 9 der 2, in welchem für die elektrische Maschine 4 der erste elektrische Gang eingelegt ist, ohne Zugkraftunterbrechung in den Schaltzustand 10, in welchem dann für die elektrische Maschine 4 der zweite elektrische Gang eingelegt ist, gewechselt werden. Dazu wird die elektrische Maschine 28 über das Schaltelement G an das Sonnenrad 24 des Planetengetriebes des zweiten Teilgetriebes 6 gekoppelt und übernimmt das Stützmoment des Schaltelements E. Das Schaltelement E wird nachfolgend ausgelegt. Nachfolgend wird das Schaltelement F synchronisiert und eingelegt.
Hierbei ist von Vorteil, dass die elektrische Maschine 28 am Sonnenrad 24 weniger Stützmoment und Leistung benötigt als die elektrische Maschine 4 am Hohlrad 22, wodurch die elektrische Maschine 28 klein und kostengünstig ausgeführt werden kann.
Ferner ist beim Ausführungsbeispiel der 6 ein rein elektrisches Anfahren im EDA-Betriebsmodus bei geöffneter Trennkupplung K0 möglich. In diesem Fall ist nur das weitere Schaltelement G geschlossen, alle anderen Schaltelemente A, B, C, D, E und F sind geöffnet. Es besteht dann für die beiden elektrischen Maschinen der Antriebsaggregate 4, 28 ein Drehzahlüberlagerungsmodus am Planetengetriebe des zweiten Teilgetriebes 6. So kann rein elektrisch angefahren werden, wobei beide elektrischen Maschinen 4, 28 im Fahrzeugstillstand drehen können. Es 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.
7 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 6, in welcher das Getriebe gespiegelt ist bzw. das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 an einer anderen Seite des Getriebes 2 angebunden ist, nämlich benachbart zum zweiten Teilgetriebe 6. Dabei können dann die beiden Schaltelemente K0 und G, also die Trennkupplung K0 und das weitere Schaltelement G, von einem Doppelschaltelement bereitgestellt werden, die dann über einen gemeinsamen Aktuator derart betätigt werden, dass immer nur eines der Schaltelemente K0 oder G geschlossen ist, aber nie beide gleichzeitig. Wie oben ausgeführt ist dann ein leistungsverzweigter Fahrbetrieb bei geschlossener Trennkupplung K0 nicht möglich, jedoch ein serieller Fahrbetrieb bei leerem elektrischem Energiespeicher.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 6 und dem Ausführungsbeispiel der 7 besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der 7 das dritte Antriebsaggregat 28, welches als elektrische Maschine ausgeführt ist, über eine Stirnradstufe 27 nicht, wie in 6 an das Festrad 16 der Vorgelegewelle 11 sondern vielmehr an das Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt 8, wobei sich das Ausführungsbeispiel der 8 vom Ausführungsbeispiel der 6 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Trennkupplung K0 nicht als formschlüssige Klauenkupplung, sondern vielmehr als reibschlüssige Kupplung ausgeführt ist. Hierbei ist von Vorteil, dass die reibschlüssige Trennkupplung K0 unter Last geöffnet werden kann, wodurch ein Abwürgeschutz für das als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 bereitgestellt werden kann. Bei einer Notbremsung kann K0 schlupfend geöffnet werden, um zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor 3 unerwünscht zum Stillstand kommt.
In sämtlichen gezeigten Ausführungsbeispielen kann die elektrische Maschine des ersten Antriebsaggregats 4 koaxial oder achsparallel angeordnet werden. Ferner kann in sämtlichen Ausführungsbeispielen die zweite elektrische Maschine des dritten Antriebsaggregats 28 vorhanden oder nicht vorhanden sein, koaxial oder achsparallel angeordnet und auf unterschiedliche Art und Weisen an eines der Festräder 16, 12 von Vorgelegewelle 11 oder erster Antriebswelle 7 angebunden werden. Das Getriebe kann gespiegelt oder nicht gespiegelt aufgebaut sein, wobei in sämtlichen Ausführungsbeispielen das weitere Schaltelement G und/oder die Trennkupplung K0 vorhanden sein kann, die entweder als Klauenkupplung oder Reibkupplung ausgeführt sein kann. 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) die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) bildet, wobei der Steg (23) an die Abtriebswelle (9) und an ein auf der Vorgelegewelle (11) angeordnetes Zahnrad (18) permanent 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.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (23) des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (14) permanent an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist, der Steg (23) des Planetengetriebes über ein weiteres koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (15) permanent mit einem auf der Vorgelegewelle (11) angeordneten Zahnrad (18) gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnrad (14), welches den Steg (23) des Planetengetriebes permanent mit der Abtriebswelle (9) koppelt, und das koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnrad (14), welches den Steg (23) des Planetengetriebes permanent mit einem auf der Vorgelegewelle (11) angeordneten Zahnrad (18) koppelt, als drehfest miteinander verbundene Losräder der ersten Antriebswelle (7) ausgebildet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Vorgelegewelle (11) angeordnete Zahnrad (18), an welches der Steg (23) des Planetengetriebes permanent gekoppelt ist, als Losrad der Vorgelegewelle (11) ausgebildet ist, welches dann, wenn eines der der Vorgelegewelle (11) zugordneten Schaltelemente (A) geschlossen ist, drehfest an die Vorgelegewelle (11) gekoppelt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Planetengetriebe ein weiteres Schaltelement (G) zugordnet 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) gekoppelt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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 8, 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 8 oder 9, 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 10, gekennzeichnet durch eine der ersten Antriebswelle (7) zugeordnete Trennkupplung (K0) zur abkoppelbaren Anbindung des ersten Antriebsaggregats (3) an die erste Antriebswelle (7).
Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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).