DE102018220721A1 - Doppelkupplungsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für Kraftfahrzeuge für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor (2) sowie einem an eine Batterie angeschlossenen Elektromotor (4) zur Schaffung eines Hybridantriebs, wobei der Verbrennungsmotor (2) und der Elektromotor (4) hintereinandergeschaltet sind, und zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Elektromotor (4) eine Verbindungskupplung (54) angeordnet ist.Erfindungsgemäß weist das Doppelkupplungsgetriebe vier Zahnradsätze für die Normalgänge auf, indem auf den beiden Eingangswellen (6, 8) jeweils zwei Festräder (10, 12 bzw. 14,16) sitzen, die mit auf den Zwischenwellen (18, 20) sitzenden Losrädern (22, 24, 26, 28) im Eingriff stehen. Weiterhin ist auf den beiden Zwischenwellen (18, 20) je ein mit einem Differentialrad (34) kämmendes, als Losrad ausgebildetes Abtriebszahnrad (30, 32) angeordnet. Damit wird mindestens ein erster Verwindungsgang vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und mindestens ein zweiter Verwindungsgang nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl geschaffen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor sowie einem an eine Batterie angeschlossenen Elektromotor zur Schaffung eines Hybridantriebs, wobei der Verbrennungsmotor und der Elektromotor hintereinandergeschaltet sind, zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor eine Verbindungskupplung angeordnet ist, eine erste Eingangswelle und eine zweite Eingangswelle, zwei Verteilerkupplungen, über die die beiden Eingangswellen wahlweise einzeln mit dem Verbrennungsmotor und/oder dem Elektromotor verbunden werden können, sowie zwei parallel zu den Eingangswellen angeordnete Zwischenwellen vorgesehen sind, die Verteilerkupplungen hinter dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnet sind und der Elektromotor zwischen dem Verbrennungsmotor und den Verteilerkupplungen angeordnet ist.
  • Hybridantriebe lassen sich sehr vorteilhaft mit Doppelkupplungsgetrieben kombinieren, um die Effizienz zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
  • Bei bekannten Hybridantrieben der genannten Art ( EP 2016305 B1 ; WO 2007/042109 A1 ) werden zum optimalen Betreiben der beiden Antriebe, einzeln oder kombiniert, komplizierte Planetenradgetriebe alleinstehend oder in Kombination mit Doppelkupplungsgetrieben verwendet. Damit einhergehend ist ein erheblicher technischer Aufwand verbunden, der zu einem größeren Gewicht, größeren Abmessungen des Getriebes und zu höherem Kraftstoffverbrauch führt.
  • Bei anderen bekannten Hybridantrieben ausschließlich mit konventionellen Automatikgetrieben ist eine große Anzahl von Zahnradsätzen erforderlich, um beide Antriebe einzeln oder kombiniert optimal betreiben zu können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Doppelkupplungsgetriebe in Kombination mit einem Hybridantrieb zu schaffen, welches einfach im Aufbau und mit minimalem Gewicht, minimalen Abmessungen und einer minimalen Anzahl von Zahnradsätzen versehen ist und sich sehr variabel schalten lässt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Anspruch 1 gelöst, und zwar dadurch, dass das Doppelkupplungsgetriebe vier Zahnradsätze für die Normalgänge aufweist, dass auf den Eingangswellen jeweils zwei Festräder sitzen, die mit auf den Zwischenwellen sitzenden Losrädern im Eingriff stehen, dass auf den beiden Zwischenwellen je ein mit einem Differentialrad kämmendes, als Losrad ausgebildetes Abtriebszahnrad angeordnet ist, dass auf den Zwischenwellen Kupplungsvorrichtungen zum wahlweisen Ein- und Auskuppeln der Losräder angeordnet sind und dass mindestens ein erster Verwindungsgang vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und mindestens ein zweiter Verwindungsgang nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl vorgesehen ist.
  • Mit dieser Konzeption lassen sich auf sehr einfache Weise verschiedene Betriebszustände realisieren, bei denen der Antrieb ausschließlich über den Elektromotor oder ausschließlich über den Verbrennungsmotor erfolgt, bzw. bei denen beide Motoren gleichzeitig wirksam sind. Dabei kann zu jedem Betriebszustand des Hybridantriebes die optimale Gangübersetzung und Gangzahl zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel braucht ein elektrischer Fahrbetrieb in der Regel weniger Gänge mit weniger Gangspreizung als ein Fahrbetrieb ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor. Dies hängt auch von der Leistungsstärke des Elektromotors ab. Je höher die Leistung des Elektromotors ist, umso geringer ist die benötigte Gangzahl und Gangspreizung des Getriebes.
  • Bei geöffneter Verbindungskupplung erfolgt der Antrieb ausschließlich über den Elektromotor, und zwar hauptsächlich mit den vier Normalgängen, wobei zusätzliche Verwindungsgänge optional zuschaltbar sind.
  • Bei geschlossener Verbindungskupplung kann der Antrieb kombiniert über den Verbrennungsmotor und den Elektromotor erfolgen, und zwar mit den vier Normalgängen in Kombination mit den zusätzlichen Verwindungsgängen.
  • Alternativ kann der Elektromotor elektrisch abgeschaltet werden. Bei abgeschaltetem Elektromotor und geschlossener Verbindungskupplung kann dann der Antrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor erfolgen.
  • Im letzteren Fall ist es besonders wichtig, dass das Doppelkupplungsgetriebe eine ausreichend große Gangzahl mit hoher Gangspreizung bereitstellt, um die Leistung des Verbrennungsmotors, die von dessen jeweiligem Drehzahlbereich abhängt, optimal umzusetzen. Wenn dagegen nur der Elektromotor antreibt, so ist eine geringere Gangzahl mit einer geringeren Spreizung erwünscht, um die Verluste zu minimieren.
  • Wenn beispielsweise vier installierte Zahnradsätze vorgesehen sind, so können ohne weiteres zwei Verwindungsgänge vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und zwei Verwindungsgänge nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl ermöglicht werden, so dass ein relativ weiter Bereich mit großer Gangspreizung mit acht Vorwärtsgängen zur Verfügung steht. Der Antrieb mit dem Elektromotor würde z.B. mit den vier installierten Zahnradsätzen auskommen, während für den Antrieb ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor die acht Vorwärtsgänge zur Verfügung stehen würden. Für einen kombinierten Antrieb könnten sechs bzw. sieben Vorwärtsgänge mit nur vier Zahnradsätzen ermöglicht werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann der Elektromotor als Anlasser für den Verbrennungsmotor schaltbar sein, so dass auf einen gesonderten Anlasser verzichtet werden kann.
  • Ferner ist es möglich, dass der Elektromotor als Generator zum Aufladen der Batterie geschaltet wird.
  • Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt auch ein System als Plug-in-Hybrid, so dass die Batterie bzw. Batterien bei Bedarf auch vor der Fahrt am Stromnetz aufgeladen werden können.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und im nachfolgenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebes für einen Hybridantrieb dargestellt.
  • Der Hybridantrieb besteht aus einem Verbrennungsmotor 2 sowie einem Elektromotor 4 mit einem Stator 4a sowie einem Rotor 4b. Der Elektromotor 4 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Batterie verbunden.
  • Zu dem Doppelkupplungsgetriebe gehören eine erste Eingangswelle 6 sowie eine zweite Eingangswelle 8. Die erste Eingangswelle 6 erstreckt sich dabei als Innenwelle koaxial durch die als Hohlwelle ausgebildete zweite Eingangswelle 8.
  • Auf beiden Eingangswellen 6 und 8 sitzen jeweils zwei fest angeordnete Zahnräder 10, 12 bzw. 14, 16.
  • Ferner sind zwei Zwischenwellen 18 und 20 vorgesehen, die parallel zu den Eingangswellen 6, 8 gelagert sind. Die auf den Zwischenwellen 18, 20 angeordneten Zahnräder 22, 28 bzw. 24, 26 sind als Losräder ausgebildet und kämmen mit den auf den Eingangswellen 6, 8 angeordneten Festrädern 10, 12 bzw. 14, 16.
  • Das am Ende der ersten, als Innenwelle ausgebildeten Eingangswelle 6 angeordnete Zahnrad 12 kämmt dabei mit dem auf der ersten Zwischenwelle 18 sitzenden Zahnrad 22, und das andere auf der ersten Eingangswelle 6 sitzende Zahnrad 10 kämmt mit dem auf der zweiten Zwischenwelle 20 sitzenden Zahnrad 24.
  • Das am Ende der zweiten, als Außenwelle ausgebildeten Eingangswelle 8 sitzende Zahnrad 16 kämmt mit einem auf der zweiten Zwischenwelle 20 sitzenden Zahnrad 26, während das andere auf der zweiten Eingangswelle 8 sitzende Zahnrad 14 mit einem Zahnrad 28 der ersten Zwischenwelle 18 kämmt.
  • Auf beiden Zwischenwellen 18, 20 sitzen als Losräder ausgebildete Abtriebszahnräder 30 bzw. 32, die mit einem Differentialrad 34 kämmen, von dem aus das Drehmoment auf die in der Zeichnung nicht dargestellten Antriebsräder des Kraftfahrzeugs übertragen wird.
  • Wie gesagt, sind sämtliche auf den Zwischenwellen 18 und 20 angeordneten Zahnräder als Losräder ausgebildet. Zum Schalten dienen dabei auf den Zwischenwellen vorgesehene Kopplungsvorrichtungen, von denen jeweils zwei Kopplungsvorrichtungen 36, 38 bzw. 40, 42 auf jeder der Zwischenwellen 18 und 20 angeordnet sind, um die Vorwärtsgänge zu schalten.
  • Der Rückwärtsgang wird von dem am Ende der ersten Zwischenwelle 6 angeordneten Zahnrad 12 abgezweigt, das mit einem für den Rückwärtsgang vorgesehenen gesonderten Rückwärtsgangzahnrad 44 kämmt, welches seinerseits mit einem zusätzlichen Losrad 46 der zweiten Zwischenwelle 20 im Eingriff steht. Zur Schaltung des Rückwärtsgangs dient eine zusätzliche Kopplungsvorrichtung 48, die das Zahnrad 46 wahlweise drehfest mit der zweiten Zwischenwelle 20 verbindet.
  • Die vier Normalgänge sind in der Zeichnung mit den Positionen „1“ bis „4“ (jeweils mit rechteckiger Umrandung) und der Rückwärtsgang mit der Position „R“ gekennzeichnet. Wie aus der Zeichnung zu erkennen ist, werden die Normalgänge „2“ und „3“ über die erste Zwischenwelle 18 und die Normalgänge „1“ und „4“ über die zweite Zwischenwelle 20 übertragen.
  • Die beiden Eingangswellen 6 und 8 werden von dem Verbrennungsmotor 2 und/oder dem Elektromotor 4 angetrieben. Zum Übertragen des Drehmoments auf die beiden Eingangswellen 6 und 8 dienen zwei Verteilerkupplungen 50 und 52. Bei Betätigung der ersten Verteilerkupplung 50 wird das Drehmoment auf die als Innenwelle ausgebildete erste Eingangswelle 6 übertragen, und bei Betätigung der zweiten Verteilerkupplung wird das Drehmoment auf die als Außenwelle ausgebildete zweite Eingangswelle 8 übertragen.
  • Der Antriebsstrang erstreckt sich dabei von dem Verbrennungsmotor 2 über den Elektromotor 4 zu den beiden wahlweise schaltbaren Verteilerkupplungen 50 und 52.
  • Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 4 ist eine Verbindungskupplung 54 vorgesehen, durch die die Kraftübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 4 wahlweise ein- oder ausgekuppelt werden kann.
  • Die beiden Verteilerkupplungen 50 und 52 liegen somit in Kraftrichtung hinter den beiden Motoren 2 und 4, wobei der Elektromotor 4 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und den Verteilerkupplungen 50 und 52 angeordnet ist.
  • Wenn die Verbindungskupplung 54 geöffnet ist, also keine Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 4 besteht, erfolgt der Antrieb ausschließlich über den Elektromotor 4, von dem aus durch entsprechende Betätigung der Verteilerkupplungen 50 bzw. 52 das Drehmoment auf die jeweilige erste oder zweite Eingangswelle 6 bzw. 8 übertragen wird.
  • Wenn die Verbindungskupplung 54 geschlossen wird, kann der Kraftfluss sowohl von dem Verbrennungsmotor 2 als auch von dem Elektromotor 4 gemeinsam über die jeweilige Verteilerkupplung 50 bzw. 52 auf eine der Eingangswellen 6 bzw. 8 übertragen werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung sieht vor, dass der Elektromotor 4 wahlweise elektrisch abgeschaltet werden kann.
  • Bei abgeschaltetem Elektromotor 4 und geschlossener Verbindungskupplung 54 kann demnach der Antrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor 2 erfolgen.
  • In diesem letztgenannten Betriebszustand, bei dem das Drehmoment ausschließlich von dem Verbrennungsmotor 2 ausgeht, ist es besonders wichtig, dass eine große Gangauswahl und damit eine ausreichend große Spreizung für die Drehmomentenübertragung angeboten wird, denn das optimale Drehmoment wird von dem Verbrennungsmotor 2 nur bei höheren Drehzahlen abgegeben. Insofern können zusätzlich zu den vier Normalgängen mehrere Verwindungsgänge vorgesehen sein, die vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl vorgesehen sind.
  • In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Verwindungsgänge vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und zwei Verwindungsgänge nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl möglich, wobei die Verwindungsgänge über beide Zwischenwellen sowie die jeweilige leer mitlaufende Eingangswelle geschaltet werden.
  • Wenn der Antrieb dagegen ausschließlich über den Elektromotor 4 erfolgt, kommt man mit den vier Normalgängen aus.
  • Sollte ein Elektromotor mit geringer Leistung zum Einsatz kommen, kann auch hier von den maximalen acht Gängen Gebrauch gemacht werden.
  • Beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs können der Verbrennungsmotor 2 und der Elektromotor 4 gemeinsam arbeiten und alle acht zur Verfügung stehenden Gänge nutzen.
  • Bei gleicher vorgesehener Beschleunigung kann somit ein kleinerer Verbrennungsmotor verwendet werden, wodurch das Gesamtgewicht reduziert wird. Eine weitere Reduzierung des Gesamtgewichts ist dadurch möglich, dass der Elektromotor 4 gleichzeitig auch als Anlasser für den Verbrennungsmotor 2 verwendet werden kann, so dass kein gesonderter elektrischer Anlasser erforderlich ist.
  • Der Elektromotor 4 kann gleichzeitig auch als Generator zum Aufladen der Batterie schaltbar sein. Dadurch ist es möglich, dass der Elektromotor 4 nicht nur während des Fahrbetriebs, bei dem der Elektromotor 4 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden ist, die Batterie aufladen kann, sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass beim Bremsen und im Schubbetrieb der Batterie die Bremsenergie zugeführt wird. Dies bedeutet insbesondere im Stadtverkehr, dass eine erhebliche Verbrauchsminderung an Kraftstoff sowie ein geringerer Ausstoß an schädlichen Abgasen erzielbar ist.
  • Schließlich ist es auch möglich, die Batterie bei Bedarf am Stromnetz aufzuladen, so dass das System als Plug-in-Hybrid betrieben werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Verbrennungsmotor
    4
    Elektromotor
    4a
    Stator
    4b
    Rotor
    6
    erste Eingangswelle
    8
    zweite Eingangswelle
    10
    Zahnrad
    12
    Zahnrad
    14
    Zahnrad
    16
    Zahnrad
    18
    Zwischenwelle
    20
    Zwischenwelle
    22
    Zahnrad
    24
    Zahnrad
    26
    Zahnrad
    28
    Zahnrad
    30
    Abtriebszahnrad
    32
    Abtriebszahnrad
    34
    Differentialrad
    36
    Kopplungsvorrichtung
    38
    Kopplungsvorrichtung
    40
    Kopplungsvorrichtung
    42
    Kopplungsvorrichtung
    44
    Rückwärtsgangzahnrad
    46
    Zahnrad
    48
    Kopplungsvorrichtung für Rückwärtsgang
    50
    Verteilerkupplung
    52
    Verteilerkupplung
    54
    Verbindungskupplung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2016305 B1 [0003]
    • WO 2007/042109 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Doppelkupplungsgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor (2) sowie einem an eine Batterie angeschlossenen Elektromotor (4) zur Schaffung eines Hybridantriebs, wobei der Verbrennungsmotor (2) und der Elektromotor (4) hintereinandergeschaltet sind, zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und dem Elektromotor (4) eine Verbindungskupplung (54) angeordnet ist, eine erste Eingangswelle (6) und eine zweite Eingangswelle (8), zwei Verteilerkupplungen (50, 52), über die die beiden Eingangswellen (6, 8) wahlweise einzeln mit dem Verbrennungsmotor (2) und/oder dem Elektromotor (4) verbunden werden können, sowie zwei parallel zu den Eingangswellen (6, 8) angeordnete Zwischenwellen (18, 20) vorgesehen sind, die Verteilerkupplungen (50, 52) hinter dem Verbrennungsmotor (2) und dem Elektromotor (4) angeordnet sind und der Elektromotor (4) zwischen dem Verbrennungsmotor und den Verteilerkupplungen (50, 52) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelkupplungsgetriebe vier Zahnradsätze für die Normalgänge aufweist, dass auf den Eingangswellen (6, 8) jeweils zwei Festräder (10, 12 bzw. 14, 16) sitzen, die mit auf den Zwischenwellen (18, 20) sitzenden Losrädern (22, 24, 26, 28) im Eingriff stehen, dass auf den beiden Zwischenwellen (18, 20) je ein mit einem Differentialrad (34) kämmendes, als Losrad ausgebildetes Abtriebszahnrad (30, 32) angeordnet ist, dass auf den Zwischenwellen (18, 20) Kupplungsvorrichtungen (36, 38, 50, 52) zum wahlweisen Ein- und Auskuppeln der Losräder angeordnet sind und dass mindestens ein erster Verwindungsgang vor dem Normalgang mit der höchsten Drehzahl und mindestens ein zweiter Verwindungsgang nach dem Normalgang mit der niedrigsten Drehzahl vorgesehen ist.
  2. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Verbindungskupplung (54) der Antrieb ausschließlich über den Elektromotor (4) erfolgt.
  3. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb über den Elektromotor (4) mit den vier Normalgängen erfolgt.
  4. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Verwindungsgänge optional zuschaltbar sind.
  5. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Verbindungskupplung (54) der Antrieb über den Verbrennungsmotor (2) und den Elektromotor (4) mit den vier Normalgängen in Kombination mit den zusätzlichen Verwindungsgängen erfolgt.
  6. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) elektrisch abschaltbar ist.
  7. Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei abgeschaltetem Elektromotor (4) und geschlossener Verbindungskupplung (54) der Antrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor (2) mit den vier Normalgängen und den zusätzlichen Verwindungsgängen erfolgt.
  8. Doppelkupplungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) als Anlasser für den Verbrennungsmotor (2) schaltbar ist.
  9. Doppelkupplungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (4) als Generator zum Aufladen der Batterie schaltbar ist.
  10. Doppelkupplungsgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie am Stromnetz aufladbar ist.
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