DE102019202963A1 - Hybrid-Getriebeanordnung, Kraftfahrzeugantriebsstrang und Kraftfahrzeug - Google Patents

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transmission
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English (en)
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Stefan Beck
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Michael Wechs
Thomas Martin
Martin Brehmer
Peter Ziemer
Oliver BAYER
Thomas Kroh
Max Bachmann
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
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Abstract

Hybrid-Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit einer Eingangswellenanordnung (24, 26), die eine erste Eingangswelle (24) eines ersten Teilgetriebes (32) und eine zweite Eingangswelle (26) eines zweiten Teilgetriebes (34) aufweist, einer ersten elektrischen Maschine (56), die mit der ersten Eingangs-welle (24) triebverbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, einer zweiten elektrischen Maschine (60), die mit der zweiten Eingangswelle (26) triebverbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, wobei die Eingangswellenanordnung (24, 26) in einer Axialansicht in einem Zentrum von vier Quadranten (I, II, III, IV) angeordnet ist, von denen ein erster Quadrant (I) oberhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf einer ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, von denen ein zweiter Quadrant (II) unterhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf der ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, von denen ein dritter Quadrant (III) unterhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf einer zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt und von denen ein vierter Quadrant (IV) oberhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf der zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, Dabei ist eine Achse (A4) der ersten elektrischen Maschine (56) in dem ersten Quadranten (I) angeordnet und/oder ist eine Achse (A5) der zweiten elektrischen Maschine (60) in dem vierten Quadranten (IV) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer Eingangwellenanordnung, die eine erste Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes und eine zweite Eingangswelle eines zweiten Teilgetriebes aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit der ersten Eingangswelle verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Doppelkupplungsanordnung, die eine erste und eine zweite Kupplung aufweist, die ein gemeinsames, mit einem Verbrennungsmotor verbindbares Eingangsglied beinhalten, wobei die erste Kupplung ein erstes Ausgangsglied beinhaltet und wobei die zweite Kupplung ein zweites Ausgangsglied beinhaltet, und mit einer Hybrid-Getriebeanordnung der oben genannten Art, wobei die erste Eingangswelle mit dem ersten Ausgangsglied verbunden ist und wobei die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes mit dem zweiten Ausgangsglied verbunden ist.
  • Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Hybrid-Getriebeanordnung der oben genannten Art oder mit einem Hybrid-Antriebsstrang der oben genannten Art, wobei die Getriebeanordnung quer zu einer Längsachse des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist.
  • Eine Getriebeanordnung der oben beschriebenen Art ist bekannt aus dem Dokument DE 10 2006 036 758 A1 . Das dort offenbarte automatisierte Doppelkupplungsgetriebe weist zwei Eingangswellen sowie mindestens eine Abtriebswelle und eine unsynchronisierte Gangkupplung auf, wobei jeder der Eingangswellen zur Verbindung mit der Antriebswelle eines Antriebsmotors jeweils eine separate Motorkupplung und zur Verbindung mit der Abtriebswelle jeweils eine Gruppe von unterschiedlich übersetzten Gang-Zahnrädern mit jeweils einem Festrad und einem über eine zugeordnete Gangkupplung schaltbaren Losrad zugeordnet sind. Zur Vereinfachung des Aufbaus und der Steuerbarkeit sind die beiden Motorkupplungen als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet. Als Anfahr- und Synchronisiermittel sind zwei Elektromaschinen vorgesehen, die wechselweise jeweils mit einer der Eingangswellen in Triebverbindung stehen.
  • Doppelkupplungsgetriebe stellen sei einigen Jahren eine Alternative zu Wandler-Automatikgetrieben dar. Doppelkupplungsgetriebe weisen eine Doppelkupplungsanordnung auf, die eingangsseitig mit einer Antriebsmaschine wie einem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Ein Ausgangsglied einer ersten Reibkupplung der Kupplungsanordnung ist mit einer ersten Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes verbunden, das typischerweise den geraden oder den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Ein Ausgangsglied einer zweiten Reibkupplung der Doppelkupplungsanordnung ist mit einer zweiten Eingangswelle eines zweiten Teilgetriebes verbunden, das typischerweise den anderen Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
  • Die den Teilgetrieben zugeordneten Gangstufen können in der Regel automatisiert ein- und ausgelegt werden. Im normalen Fahrbetrieb ist eine der Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung geschlossen. In dem anderen inaktiven Teilgetriebe kann dann eine Anschlussgangstufe vorab geschaltet werden. Durch überschneidende Betätigung der zwei Reibkupplungen kann dann ein Gangwechsel im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden.
  • Kraftfahrzeuggetriebe werden in der Regel entweder für den Front- oder Heck-Quereinbau in einem Kraftfahrzeug konstruiert, wobei insbesondere auf eine kurze axiale Baulänge geachtet wird. Alternativ hierzu werden Getriebe für einen Längseinbau in einem Kraftfahrzeug konstruiert, wobei insbesondere auf eine radial kompakte Bauweise geachtet wird.
  • Bei den Front- bzw. Heck-Quer-Getrieben sind einer Eingangswellenanordnung häufig zwei achsparallel angeordnete Vorgelegewellen zugeordnet, so dass der Leistungsfluss entweder von der Eingangswellenanordnung über die eine Vorgelegewelle oder über die andere Vorgelegewelle erfolgen kann. Die Vorgelegewellen sind dabei auch als Ausgangswellen ausgebildet und stehen in der Regel beide mit einem Differential zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder in Eingriff.
  • Ein weiterer Trend auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebsstränge ist die sogenannte Hybridisierung. Generell bedeutet dies, dass einem Antriebsmotor in Form einer Verbrennungsmaschine eine elektrische Maschine als weitere Antriebsmaschine zugeordnet wird. Hierbei wird zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Konzepten unterschieden, die jeweils eine unterschiedliche Anbindung der elektrischen Maschine an das Getriebe vorsehen. Bei Doppelkupplungsgetrieben ist eine typische Variante darin zu sehen, eine elektrische Maschine konzentrisch zu einem Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung anzuordnen. Um in diesem Fall die elektrische Maschine nicht nur zum Unterstützen des Verbrennungsmotors verwenden zu können, sondern auch einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb einrichten zu können, ist das Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung dabei in der Regel über eine Trennkupplung bzw. eine Verbrennungsmotor-Abkoppeleinrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbunden.
  • Bei dem Doppelkupplungsgetriebe, das aus der eingangs genannten DE 10 2006 036 758 A1 bekannt geworden ist, ist jedem Teilgetriebe eine elektrische Maschine zugeordnet. Ferner ist die Doppelkupplungsanordnung durch zwei unsynchronisierte Klauenkupplungen gebildet. Die zum Anfahren und zum Synchronisieren bei Gangwechseln notwendigen Drehzahlanpassungen werden dabei über die elektrischen Maschinen realisiert. Die unsynchronisierten Klauenkupplungen sind in einem gemeinsamen Kupplungsblock zusammengefasst, der zwei Schaltstellungen, in denen jeweils eine der beiden Kupplungen geschlossen ist, und eine Neutralstellung mit vollständig unterbrochenem Kraftfluss aufweist. Bei Gangwechseln in einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb ist immer ein Umschalten der Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung notwendig. Ferner müssen je nach Art des Gangwechsels eine oder beide elektrische Maschinen zur Synchronisierung und/oder zur Lastübernahme angesteuert werden. Ferner muss der Verbrennungsmotor bei derartigen Gangwechseln sich immer selber synchronisieren.
  • Die Hybridisierung von Getrieben stellt im Hinblick auf die eingangs genannten Anforderungen an radialen und/oder axialen Bauraum hohe Anforderungen.
  • Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Hybrid-Getriebeanordnung, einen verbesserten Hybrid-Antriebsstrang sowie ein verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.
  • Die obige Aufgabe wird zum einen gelöst durch eine Hybrid-Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebstrang, mit einer Eingangswellenanordnung, die eine erste Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes und eine zweite Eingangswelle eines zweiten Teilgetriebes aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit der ersten Eingangswelle verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, wobei die Eingangswellenanordnung in einer Axialansicht in einem Zentrum von vier Quadranten angeordnet ist, von denen ein erster Quadrant oberhalb der Eingangswellenanordnung und auf einer ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung liegt, von denen ein zweiter Quadrant unterhalb der Eingangswellenanordnung und auf der ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung liegt, von denen ein dritter Quadrant unterhalb der Eingangswellenanordnung und auf einer zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung liegt und von denen ein vierter Quadrant oberhalb der Eingangswellenanordnung und auf der zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung liegt, wobei eine Achse der ersten elektrischen Maschine in dem ersten Quadranten angeordnet ist und/oder wobei eine Achse der zweiten elektrischen Maschine in dem vierten Quadranten angeordnet ist.
  • Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Doppelkupplungsanordnung, die eine erste und eine zweite Kupplung aufweist, die ein gemeinsames, mit einem Verbrennungsmotor verbindbares Eingangsglied beinhalten, wobei die erste Kupplung ein erstes Ausgangsglied beinhaltet und wobei die zweite Kupplung ein zweites Ausgangsglied beinhaltet, und mit einer Hybrid-Getriebeanordnung der erfindungsgemäßen Art, wobei die erste Eingangswelle mit dem ersten Ausgangsglied verbunden ist und wobei die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes mit dem zweiten Ausgangsglied verbunden ist.
  • Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einer Hybrid-Getriebeanordnung der erfindungsgemäßen Art oder mit einem Hybrid-Antriebsstrang der erfindungsgemäßen Art, wobei die Getriebeanordnung quer zu einer Längsachse des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist und zum Antrieb von Vorderrädern vorne oder zum Antrieb von Hinterrädern hinten im Kraftfahrzeug eingebaut ist.
  • Durch die Maßnahme, die erste elektrische Maschine in dem ersten Quadranten anzuordnen und die zweite elektrische Maschine in dem vierten Quadranten anzuordnen, kann eine insbesondere in Höhenrichtung kompakt bauende Hybrid-Getriebeanordnung bereitgestellt werden.
  • Vorzugsweise ist die erste elektrische Maschine insgesamt in dem ersten Quadranten angeordnet. Vorzugsweise ist die zweite elektrische Maschine insgesamt in dem vierten Quadranten angeordnet.
  • Die oben verwendeten Begriffe „oberhalb“ und „unterhalb“ beziehen sich vorzugsweise auf eine vertikale Gravitationsrichtung. Die erste Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung ist vorzugsweise eine in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeuges hinten liegende Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung. Die zweite Längsrichtungsseite liegt vorzugsweise in Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs (im Einbauzustand der Hybrid-Getriebeanordnung) vor der ersten Längsrichtungsseite.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebsstranges der erfindungsgemäßen Art beinhaltet die Schritte, in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine über das erste Teilgetriebe bereitzustellen und gleichzeitig Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine über das zweite Teilgetriebe bereitzustellen, wobei eine Lastschaltung realisiert wird, indem eine der elektrischen Maschinen die Zugkraft über das zugeordnete Teilgetriebe aufrecht erhält, während in dem anderen Teilgetriebe ein Gangwechsel vollzogen wird.
  • Zudem können beide elektrische Maschinen als Generator oder als Motor in einem seriellen Betrieb verwendet werden. Unter einem seriellen Betrieb wird vorliegend verstanden, dass in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb mittels einer der zwei elektrischen Maschinen die andere elektrische Maschine gleichzeitig von dem Verbrennungsmotor angetrieben und als Generator betrieben wird, um eine Fahrzeugbatterie zu laden. Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise dieselbe, aus der die als Motor arbeitende elektrische Maschine Leistung entnimmt.
  • Zudem ist es mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsstrang möglich, bei Gangwechseln in einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb eine elektrische Maschine zum Synchronisieren zu verwenden, also den Verbrennungsmotor beim Synchronisieren durch eine elektrische Maschine zu unterstützen. Mit anderen Worten ist in dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder in dem Hybrid-Fahrbetrieb immer eine der elektrischen Maschinen mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Hierdurch ist eine Lastpunktverschiebung an dem Verbrennungsmotor möglich und diese elektrische Maschine kann bei der Drehzahlregelung unterstützen, wenn ein Schaltelement wie eine Schaltkupplung synchronisiert werden muss. Der Verbrennungsmotor muss sich folglich nicht aus „eigener Kraft“ synchronisieren, sondern wird immer von einer der beiden elektrischen Maschinen bei seiner aktuellen Drehzahl „abgeholt“.
  • Bei der Getriebeanordnung sind die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. Die erste Eingangswelle ist vorzugsweise als Innenwelle ausgebildet. Die zweite Eingangswelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet. Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise genau eine Vorgelegewelle auf. Vorzugsweise ist die eine Vorgelegewelle gleichzeitig eine Ausgangswelle der Getriebeanordnung. Vorzugsweise ist die Vorgelegewelle zu diesem Zweck mit einem Abtriebsrad verbunden, das dazu ausgebildet ist, eine Leistungsverteilungsanordnung wie ein Differential anzutreiben.
  • Unter schaltbaren Radsätzen werden vorliegend Radsätze verstanden, die ein Losrad und ein Festrad aufweisen, die miteinander kämmend in Eingriff stehen, und die mittels einer zugeordneten Schaltkupplung schaltbar sind. Bei einem geschalteten Radsatz ist das Losrad dieses Radsatzes mit der zugeordneten Welle drehfest verbunden. Die Radsätze sind vorzugsweise Stirnradsätze, die vorzugsweise jeweils eine der zwei Eingangswellen und die Vorgelegewelle miteinander verbinden.
  • Jedem Radsatz ist vorzugsweise eine reguläre Vorwärtsgangstufe zugeordnet, d.h. eine feste Übersetzung. Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise keinen Radsatz auf, der einer Rückwärtsgangstufe zugeordnet ist. Rückwärtsfahren wird vorzugsweise ausschließlich über eine der elektrischen Maschinen realisiert.
  • Vorliegend wird Leistung vorzugsweise immer nur über einen Radsatz entweder von der ersten Eingangswelle zu der Vorgelegewelle oder von der zweiten Eingangswelle zu der Vorgelegewelle übertragen, so dass die Spreizung der Getriebeanordnung sich vorzugsweise ausschließlich durch die Übersetzungen der regulären Vorwärtsgangstufen ergibt. Folglich kann die Getriebeanordnung generell mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.
  • Das erste Teilgetriebe ist in einer bevorzugten Ausführungsform den ungeraden Gangstufen zugeordnet. In entsprechender Weise ist das zweite Teilgetriebe in einer bevorzugten Ausführungsform den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet.
  • Unter einer Verbindung wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die zwei miteinander zu verbindenden Elemente dauerhaft drehfest miteinander verbunden sind; sie können alternativ aber bedarfsweise drehfest miteinander verbunden sein. Unter einer drehfesten Verbindung wird vorliegend verstanden, dass die so verbundenen Elemente mit einer zueinander proportionalen Drehzahl drehen, insbesondere derselben Drehzahl.
  • Die elektrischen Maschinen sind vorzugsweise achsparallel zu der Getriebeanordnung angeordnet. Die Längsachsen der elektrischen Maschinen sind folglich vorzugsweise parallel, jedoch versetzt zu sowohl den Eingangswellen als auch der Vorgelegewelle angeordnet.
  • Eine dritte Kupplung verbindet vorzugsweise die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle. Die dritte Kupplung ist vorzugsweise keine solche Kupplung, die zur Einrichtung einer sogenannten Windungsgangstufe in der Getriebeanordnung verwendet wird. Denn bei dem Einrichten einer Windungsgangstufe werden in der Regel zwei Radsätze von jedem der zwei Teilgetriebe involviert, um eine möglichst niedrige oder eine möglichst hohe Übersetzung zu realisieren, also eine hohe Spreizung der Getriebeanordnung zu ermöglichen.
  • Bei dem Hybrid-Antriebsstrang, der vorzugsweise die dritte Kupplung beinhaltet, kann ein Verfahren zum Betreiben desselben die Schritte beinhalten, bei einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb die Gangstufen des einen Teilgetriebes durch Schließen der zugeordneten Kupplung der Doppelkupplungsanordnung zu nutzen und die Gangstufen des anderen Teilgetriebes durch Schließen derselben Kupplung und der dritten Kupplung zu nutzen.
  • Mit einem solchen Hybrid-Antriebsstrang lässt sich auch ein Verfahren durchführen, mit den Schritten, in einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb in einer Gangstufe des einen Teilgetriebes die dritte Kupplung zu öffnen, um das andere Teilgetriebe und die dem anderen Teilgetriebe zugeordnete elektrische Maschine abzukoppeln.
  • Der erfindungsgemäße Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht durch das bevorzugte Bereitstellen der dritten Kupplung zum Verbinden des ersten und des zweiten Teilgetriebes, dass in einem verbrennungsmotorischen oder einem Hybrid-Fahrbetrieb Gangwechsel durchgeführt werden können, ohne die Doppelkupplungsanordnung betätigen zu müssen. Ferner, da jedem Teilgetriebe eine eigene elektrische Maschine zugeordnet ist, können beide elektrische Maschinen zum Bereitstellen von Antriebsleistung vorgesehen werden.
  • In dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder in dem Hybrid-Fahrbetrieb ist es bei Durchführung einer Ausführungsform eines Verfahrens mittels des bevorzugten Hybrid-Antriebsstranges, der die dritte Kupplung aufweist, so, dass die eine Kupplung des einen Teilgetriebes für sämtliche Zustände dieses Fahrbetriebes geschlossen bleibt, während die andere Kupplung der Doppelkupplungsanordnung während sämtlicher Zustände dieses Fahrbetriebs geöffnet bleibt.
  • In einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb ist es mit dem bevorzugten Hybrid-Antriebsstrang möglich, beide Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung zu öffnen und die dritte Kupplung zu schließen, so dass die zwei elektrischen Maschinen miteinander gekoppelt werden und gemeinsam Antriebsleistung über eine einzige Gangstufe bereitstellen können. Alternativ ist es möglich, in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb die beiden elektrischen Maschinen über ihre jeweiligen Teilgetriebe parallel zu betreiben und die dritte Kupplung geöffnet zu lassen.
  • Die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung, die vorzugsweise im normalen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und im normalen Hybrid-Fahrbetrieb immer geöffnet ist, wird vorzugsweise bei dem seriellen Betrieb geschlossen. In dem seriellen Betrieb arbeitet eine elektrische Maschine als Motor und stellt elektromotorische Leistung für einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb bereit, beispielsweise für einen Fahrbetrieb in einer Anfahrgangstufe (erster Gang), um ein Fahrzeug in einem sogenannten „Kriechgang“ anzutreiben. In einem solchen Kriechgang liegt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in der Regel unterhalb einer Geschwindigkeit, bei der der Verbrennungsmotor als Antriebsmotor verwendet werden kann (aufgrund der Übersetzung der niedrigsten Gangstufe bzw. Anfahrgangstufe). Um eine solche niedrige Fahrgeschwindigkeit auch dauerhaft über die maximale Kapazität der Fahrzeugbatterie hinaus einrichten zu können, kann der oben beschriebene serielle Betrieb realisiert werden.
  • In einer bevorzugten Variante ist die Reihenfolge der Elemente ausgehend von einem Eingang der Getriebeanordnung folgende: Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 4, Schaltkupplungspaket für die Vorwärtsgangstufen 4 und 2, Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 2, Schaltkupplungspaket mit einer Schaltkupplung für die Vorwärtsgangstufe 3 (oder die Vorwärtsgangstufe 5) und vorzugsweise mit der dritten Kupplung, Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 3 (oder 5), Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 1, Schaltkupplungspaket für die Vorwärtsgangstufen 1 und 5 (oder 1 und 3), und Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 5 (oder 3).
  • Die Schaltkupplungspakete für die Vorwärtsgangstufen 2 und 4 sowie 1 und 3 (oder 1 und 5) sind vorzugsweise an einer Vorgelegewelle angeordnet. Ein Schaltkupplungspaket, das eine Schaltkupplung für die Vorwärtsgangstufe 5 oder 3 sowie vorzugsweise die dritte Kupplung beinhaltet, ist vorzugsweise koaxial zu den Eingangswellen angeordnet.
  • Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuereinrichtung dazu eingerichtet, wenigstens folgende Fahrbetriebsmodi einzurichten:
    • - einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb,
    • - einen rein elektrischen Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine und
    • - einen rein elektrischen Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine.
  • Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, einen Hybrid-Fahrbetrieb einzurichten, bei dem Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor und elektromotorische Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Der Hybrid-Fahrmodus kann ein Antriebsmodus sein, kann jedoch auch ein Modus sein, bei dem mechanische Antriebsleistung zumindest teilweise in die elektrischen Maschinen eingespeist wird, um diese als Generator zum Laden einer Fahrzeugbatterie zu betreiben.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang ist vorzugsweise ferner dazu eingerichtet, einen sogenannten Segelbetrieb durchzuführen, bei dem ausgehend von einer mittleren oder hohen Fahrgeschwindigkeit der Verbrennungsmotor abgekoppelt wird und die Fahrgeschwindigkeit beispielsweise durch intermittierenden Betrieb von einer oder beiden elektrischen Maschine aufrechterhalten wird. Auch ein Standladen ist möglich.
  • Wie erwähnt, ist auch ein sogenannter Kriechmodus möglich, insbesondere dann, wenn man einen seriellen Betrieb einrichtet, wie er oben definiert wurde. Der Hybrid-Antriebsstrang ist folglich in allen denkbaren elektromotorischen, verbrennungsmotorischen oder Hybrid-Fahrmodi betreibbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die dritte Kupplung und eine Schaltkupplung zum Schalten eines Radsatzes eines Teilgetriebes in einem Schaltkupplungspaket aufgenommen.
  • Unter einem Schaltkupplungspaket wird generell eine Anordnung aus zwei Schaltkupplungen verstanden, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind. Ferner weist ein Schaltkupplungspaket in der Regel eine Neutralstellung auf, bei der keine der zwei Schaltkupplungen des Paketes geschlossen ist. Ein derartiges Schaltkupplungspaket kann auch als Doppelschaltelement bezeichnet werden.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn der Radsatz, der mit dem Schaltkupplungspaket schaltbar ist, jenem Teilgetriebe zugeordnet ist, dessen zugeordnete Kupplung im verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und im Hybrid-Fahrbetrieb immer geschlossen ist. Vorzugsweise ist dieser Radsatz dem ersten Teilgetriebe zugeordnet, das den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Radsatz der Vorwärtsgangstufe 5 oder der Vorwärtsgangstufe 3 zugeordnet ist.
  • Vorzugsweise beinhaltet die Hybrid-Getriebeanordnung eine Vorgelegewelle, wobei die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle jeweils über wenigstens einen schaltbaren Radsatz mit der Vorgelegewelle verbunden sind, wobei die Vorgelegewelle über einen Abtriebsradsatz mit einer Leistungsverteilungseinrichtung wie einem Differential verbunden ist.
  • Hierdurch kann eine radial kompakte Bauweise realisiert werden, da die Getriebeanordnung vorzugsweise nur eine einzige Vorgelegewelle aufweist.
  • Von besonderem Vorzug ist es, wenn eine Achse der Leistungsverteilungseinrichtung in dem zweiten Quadranten angeordnet ist und/oder wenn eine Achse der Vorgelegewelle in dem zweiten Quadranten angeordnet ist und/oder wenn die Achse der Vorgelegewelle näher an dem dritten Quadranten angeordnet ist als die Achse der Leistungsverteilungseinrichtung.
  • Auch durch diese Maßnahme kann eine radial und in Höhenrichtung kompakt bauende Hybrid-Getriebeanordnung bereitgestellt werden, die vorzugsweise noch einen tiefen Schwerpunkt hat.
  • Die Achse der Leistungsverteilungseinrichtung ist vorzugsweise koaxial zu angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges.
  • Die Leistungsverteilungseinrichtung ist entweder vollkommen innerhalb des zweiten Quadranten angeordnet, oder erstreckt sich zumindest teilweise auch in den ersten Quadranten.
  • Die Vorgelegewelle mit den daran angeordneten Zahnrädern ist überwiegend in dem zweiten Quadranten angeordnet, kann sich jedoch auch teilweise in den dritten Quadranten erstrecken, vorzugsweise jedoch nicht in den ersten oder den vierten Quadranten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind axial verschiebliche Betätigungseinrichtungen zum Schalten von schaltbaren Radsätzen und/oder zum Betätigen einer der Hybrid-Getriebeanordnung zugeordneten Doppelkupplungsanordnung und/oder zum Betätigen einer dritten Kupplung der Hybrid-Getriebeanordnung in dem dritten Quadranten angeordnet.
  • Auch dies trägt zu einer radial und in Höhenrichtung kompakten Bauweise bei.
  • In einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist die erste elektrische Maschine über einen schaltbaren Radsatz bzw. Gangradsatz des ersten Teilgetriebes mit der ersten Eingangswelle verbunden und/oder ist die zweite elektrische Maschine über einen Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes mit der zweiten Eingangswelle verbunden.
  • Generell ist es denkbar, die elektrische Maschinen koaxial zu beispielsweise dem jeweiligen Eingangswellen der Teilgetriebe anzuordnen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die elektrischen Maschinen achsparallel zu der Eingangswellenanordnung angeordnet sind. Die Verbindung mit der jeweiligen Eingangswelle kann dann über ein Umschlingungsgetriebe oder einen Radsatz erfolgen. Hierzu kann ein separater Radsatz vorgesehen sein. Dies kann den Vorteil einer optimalen Übersetzungsanbindung beinhalten. Wie oben erwähnt, ist es jedoch bevorzugt, wenn die Verbindung der elektrischen Maschinen über jeweilige Gangradsätze erfolgt. Hierdurch kann Gewicht eingespart werden. Eine Übersetzungsanpassung kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass ein Maschinenritzel der jeweiligen elektrischen Maschine nicht direkt mit einem Zahnrad des Gangradsatzes verbunden wird bzw. kämmend in Eingriff steht, sondern noch ein Zwischenrad dazwischengeschaltet ist, so dass die elektrischen Maschinen mit einer optimierten Übersetzung an die jeweiligen Teilgetriebe angebunden sein können. Insbesondere können die elektrischen Maschinen dabei als relativ hochdrehende Maschinen realisiert werden, die folglich kompakt aufgebaut werden können.
  • Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn der Gangradsatz des ersten Teilgetriebes, über den die erste elektrische Maschine mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe des ersten Teilgetriebes zugeordnet ist, und/oder wenn der Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes, über den die zweite elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe des zweiten Teilgetriebes zugeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gangradsatz des ersten Teilgetriebes, über den die erste elektrische Maschine mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, an einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet, und/oder der Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes, über den die zweite elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, ist an einem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet.
  • Dies ermöglicht eine Anbindung der elektrischen Maschine zum einen an jenen Stellen, an denen hohe Lagerkräfte aufgenommen werden können, da an den axialen Enden der Getriebeanordnung in der Regel Gehäusewände oder Lagerplatten angeordnet sind. Ferner ermöglicht dies eine Anbindung der elektrischen Maschinen so, dass diese Anbindung möglichst unbeeinflusst voneinander bleibt. Zudem ermöglicht diese Art der Verbindung, dass die elektrischen Maschinen axial überlappend zueinander angeordnet werden können. Von besonderem Vorzug ist es, wenn die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine sich zwischen dem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung und dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung erstreckt. Hierdurch kann auch eine axial kompakte Bauweise realisiert werden.
  • Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine eigene Erfindung darstellt, ist die erste elektrische Maschine über ein erstes Zwischenrad mit einem an der ersten Eingangswelle angeordneten ersten Zahnrad verbunden und/oder ist die zweite elektrische Maschine über ein zweites Zwischenrad mit einem an der zweiten Eingangswelle angeordneten zweiten Zahnrad verbunden.
  • Das erste und das zweite Zahnrad können, wie oben beschrieben, Zahnräder von schaltbaren Radsätzen sein. Das erste und das zweite Zahnrad können jedoch auch drehfest, insbesondere fest mit der jeweiligen Eingangswelle verbunden sein.
  • Sofern die eine oder beide elektrische Maschinen an einen Gangradsatz angeschlossen ist bzw. sind, erfolgt dies vorzugsweise über ein jeweiliges Festrad, das fest mit der jeweiligen Eingangswelle verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilgetriebe den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und weist drei Radsätze auf, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder ist das zweite Teilgetriebe vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und weist zwei oder drei Radsätze auf, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
  • Mit fünf oder sechs Vorwärtsgangstufen kann ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb über einen großen Geschwindigkeitsbereich realisiert werden. Für sehr niedrige Geschwindigkeitsbereiche kann gegebenenfalls ausschließlich elektromotorisch gefahren werden.
  • Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise also nur fünf oder sechs Radsatzebenen auf. Ferner weist die Getriebeanordnung vorzugsweise nur drei Schaltkupplungsebenen auf, in denen jeweils vorzugsweise genau ein Schaltkupplungspaket angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist die Getriebeanordnung nur genau vier Betätigungseinrichtungen auf, von denen drei den Schaltkupplungspaketen der Getriebeanordnung zugeordnet sind und von denen eine der Doppelkupplungsanordnung zugeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform sind die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine baugleich.
  • Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile sowie Lagerhaltungsvorteile. Die zwei elektrischen Maschinen können dann quasi „gleichberechtigt“ innerhalb der Getriebeanordnung arbeiten und können beide alternativ als Antriebsmaschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges und/oder als Generator zum Laden einer Fahrzeugbatterie betrieben werden.
  • Wie oben bereits beschrieben, ist es bevorzugt, wenn eine dritte Kupplung dazu vorgesehen ist, das erste und das zweite Teilgetriebe zu verbinden, und wenn die dritte Kupplung und eine Schaltkupplung zum Schalten eines Radsatzes eines Teilgetriebes ein Schaltkupplungspaket bilden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Kupplung der Doppelkupplungsanordnung und/oder die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung und/oder die dritte Kupplung und/oder wenigstens eine Schaltkupplung der Getriebeanordnung als Klauenkupplung ausgebildet, also als nichtsynchronisiertes Schaltelement. Eine solche Klauenkupplung weist insbesondere keine Reibelemente zum Synchronisieren von miteinander zu verbindenden Bauteilen auf.
  • Durch die Tatsache, dass jedem Teilgetriebe eine eigene elektrische Maschine zugeordnet ist, können Funktionen der Synchronisierung und/oder der Lastübernahme mittels der elektrischen Maschinen erfolgen. Demzufolge können die oben genannten Kupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet werden, so dass sich sowohl Einsparungspotentiale hinsichtlich des axialen und/oder radialen Bauraumes ergeben, als auch Gewichtsvorteile.
  • Die zwei Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung können mittels jeweils eigener Betätigungseinrichtungen unabhängig voneinander betätigt werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die erste Kupplung und die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung in einem Schaltkupplungspaket aufgenommen sind, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung betätigt wird. Das Schaltkupplungspaket weist folglich eine erste Stellung auf, in der die erste Kupplung geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der die zweite Kupplung geschlossen ist, und eine dritte Stellung, in der weder die erste Kupplung noch die zweite Kupplung geschlossen ist, also eine Neutralstellung.
  • Generell können beide Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung als Klauenkupplungen oder beide als Reibkupplungen ausgebildet sein. Bevorzugt ist es, wenn die erste Kupplung der Doppelkupplungsanordnung als Reibkupplung ausgebildet ist und wenn die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildet ist.
  • Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die oben beschriebene dritte Kupplung dazu ausgebildet ist, die erste und die zweite Eingangswelle zu verbinden.
  • Dann kann nämlich ein verbrennungsmotorischer und ein Hybrid-Fahrbetrieb ausschließlich über die erste Kupplung eingerichtet werden. In einer Notfallsituation kann sich die erste Kupplung dann leicht unter Last öffnen lassen, was sicherheitstechnische Vorteile mit sich bringen kann.
  • Die zweite Kupplung ist bei dieser Ausführungsform in der Regel geöffnet und beispielsweise nur in einem seriellen Betrieb geschlossen und kann daher als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildet sein, da ein Öffnen unter Last nicht erforderlich ist.
  • Insgesamt wird mittels des Hybrid-Antriebsstranges je nach Ausführungsform wenigstens einer der folgenden Vorteile erzielt:
    • - geringer Bauaufwand, da vorzugsweise nur fünf (gegebenenfalls sechs) Radsatzpaare und vier Betätigungseinrichtungen vorzusehen sind,
    • - es ergibt sich ein guter Wirkungsgrad und ein einfacher Aufbau, da insbesondere keine Windungsgangstufen realisiert werden,
    • - es ergeben sich geringe Bauteilbelastungen,
    • - es ergeben sich wenigstens drei elektrische Gangstufen für die erste elektrische Maschine und wenigstens zwei Gangstufen für die zweite elektrische Maschine,
    • - die Getriebeanordnung weist vorzugsweise nur eine Vorgelegewelle auf, die vorzugsweise über nur einen Abtriebsradsatz mit einer Leistungsverteilungseinrichtung verbunden ist,
    • - Schaltvorgänge können schnell und effizient durchgeführt werden, da in einem verbrennungsmotorischen und einem Hybrid-Fahrbetrieb ein Schalten der Doppelkupplungsanordnung nicht notwendig ist und da die Synchronisierung von Gangstufen immer auch unter Verwendung einer elektrischen Maschine durchführbar ist,
    • - ein serieller Betrieb ist sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine als auch mittels der zweiten elektrischen Maschine als Generator realisierbar,
    • - es ergibt eine hohe Versatilität bei kompakten Abmessungen.
  • Besonders bevorzugt wird ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb und ein Hybrid-Fahrbetrieb so eingerichtet, dass immer eine der zwei Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung geschlossen ist und die andere Kupplung immer geöffnet bleibt (je nach Gangstufe wird die bevorzugte dritte Kupplung geöffnet oder geschlossen).
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Radsatz-Darstellung einer Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges;
    • 2 eine schematische Leistungsfluss-Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges;
    • 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges;
    • 4 eine alternative Ausführungsform einer Doppelkupplungsanordnung;
    • 5 eine Schalttabelle für einen verbrennungsmotorischen und einen Hybrid-Fahrbetrieb des Hybrid-Antriebsstranges der 1;
    • 6 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine;
    • 7 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine;
    • 8 ist eine axiale Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges unter Darstellung von vier Quadranten; und
    • 9 ist eine seitliche Darstellung eines Kraftfahrzeuges, bei dem die vier Quadranten der 8 entweder im Bereich einer Front oder eines Hecks des Kraftfahrzeuges eingezeichnet sind, um die jeweilige Einbaulage zu visualisieren.
  • In 1 ist in schematischer Form ein Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, der mit einem Eingangsglied einer Doppelkupplungsanordnung 14 verbunden ist. Die Doppelkupplungsanordnung 14 ist ausgangsseitig mit einer Hybrid-Getriebeanordnung 16 verbunden. Ein Ausgang der Hybrid-Getriebeanordnung 16 ist mit einer Leistungsverteilungseinrichtung 18 verbunden, die beispielsweise als mechanisches Differential ausgebildet sein kann und die Antriebsleistung auf zwei angetriebene Räder 20L, 20R des Kraftfahrzeuges verteilen kann.
  • Ferner beinhaltet der Hybrid-Antriebsstrang 10 eine Steuereinrichtung 22 zur Steuerung sämtlicher Komponenten hiervon.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 14 ist auf einer Achse A1 angeordnet, die koaxial zu einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 ist. Die Doppelkupplungsanordnung 14 kann zwei Reibkupplungen aufweist oder eine Reibkupplung und eine nichtsynchronisierte Klauenkupplung. Im vorliegenden Fall beinhaltet die Doppelkupplungsanordnung 14 zwei nichtsynchronisierte Klauenkupplungen K1 und K2. Die zwei Kupplungen K1, K2 weisen ein gemeinsames Eingangsglied EG auf, das drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 verbunden ist. Die erste Kupplung K1 weist ein erstes Ausgangsglied AG1 auf. Die zweite Kupplung K2 weist ein zweites Ausgangsglied AG2 auf. Die Ausgangsglieder AG1, AG2 sind koaxial zueinander angeordnet.
  • Die Getriebeanordnung 16 weist eine erste Eingangswelle 24 und ein zweite Eingangswelle 26 auf. Die Eingangswellen 24, 26 sind koaxial zueinander und zu der Achse A1 angeordnet. Die erste Eingangswelle 24 ist als Innenwelle ausgebildet. Die zweite Eingangswelle 26 ist als Hohlwelle ausgebildet.
  • Die Getriebeanordnung 16 beinhaltet ferner eine Vorgelegewelle 28, die als Ausgangswelle 28 ausgebildet und koaxial zu einer zweiten Achse A2 angeordnet ist. Die Ausgangswelle 28 ist über einen Abtriebsradsatz 30 mit der Leistungsverteilungseinrichtung 18 verbunden, die koaxial zu einer Achse A3 angeordnet ist.
  • An der Ausgangswelle 28 oder an einem Eingangsglied der Leistungsverteilungseinrichtung 18 kann ein Parksperrenrad drehfest festgelegt sein, mittels dessen der Hybrid-Antriebsstrang 10 immobilisiert werden kann. Die zugehörige Parksperreneinrichtung ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
  • Die Getriebeanordnung 16 weist ein erstes Teilgetriebe 32 und ein zweites Teilgetriebe 34 auf. Die Teilgetriebe 32, 34 sind axial versetzt zueinander angeordnet. Das erste Teilgetriebe 32 ist benachbart zu einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet. Das zweite Teilgetriebe 34 ist benachbart zu einem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet, wobei das zweite axiale Ende benachbart ist zu der Doppelkupplungsanordnung 14. Die Teilgetriebe 30, 32 weisen eine Mehrzahl von schaltbaren Radsätzen auf, die in geschaltetem Zustand jeweils eine Eingangswelle und die Ausgangswelle 28 verbinden.
  • Das erste Teilgetriebe 32 weist einen ersten Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 sowie einen zweiten Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3 auf. Der zweite Radsatz 38 ist näher an dem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet als der erste Radsatz 36. Zwischen dem ersten Radsatz 36 und dem zweiten Radsatz 38 ist ein erstes Schaltkupplungspaket 40 angeordnet, und zwar koaxial zu der Achse A2. Das erste Schaltkupplungspaket 40 beinhaltet eine erste Schaltkupplung A zum Schalten des ersten Radsatzes 36 sowie eine zweite Schaltkupplung C zum Schalten des zweiten Radsatzes 38. Die zwei Schaltkupplungen A, C sind alternativ schaltbar und sind als nicht synchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet. Das Schalten eines Radsatzes beinhaltet das drehfeste Verbinden eines Losrades des jeweiligen Radsatzes mit einer zugeordneten Welle. Vorliegend wird beispielsweise der erste Radsatz 36 geschaltet, indem ein an der Ausgangswelle 28 drehbar gelagertes Losrad des ersten Radsatzes 36 drehfest mit der Ausgangswelle 28 verbunden wird, um auf diese Weise den ersten Radsatz in den Leistungsfluss zu bringen.
  • Das erste Teilgetriebe 32 weist ferner einen dritten Radsatz 42 für die Vorwärtsgangstufe 5 auf. Der dritte Radsatz 42 ist näher an dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet als der erste Radsatz 36.
  • Der dritte Radsatz 42 ist mittels einer Schaltkupplung E schaltbar und weist ein Losrad auf, das drehbar an der ersten Eingangswelle 24 gelagert ist.
  • Das zweite Teilgetriebe 34 weist einen vierten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 und einen fünften Radsatz 50 für die Vorwärtsgangstufe 4 auf. Der fünfte Radsatz 50 ist näher an dem zweiten axialen Ende angeordnet als der vierte Radsatz 48. Zwischen den Radsätzen 48, 50 ist ein zweites Schaltkupplungspaket 52 angeordnet, und zwar koaxial zu der Achse A2. Das zweite Schaltkupplungspaket 52 weist eine Schaltkupplung B zum Schalten des vierten Radsatzes 48 und eine Schaltkupplung D zum Schalten des fünften Radsatzes auf. Die Schaltkupplungen B und D sind in dem zweiten Schaltkupplungspaket 52 aufgenommen, derart, dass sie alternativ betätigbar sind.
  • Die Getriebeanordnung 16 weist folglich fünf Radsatzebenen auf, nämlich ausgehend von dem zweiten axialen Ende hin zu dem ersten axialen Ende in folgender Reihenfolge: Radsatz 50 für die Vorwärtsgangstufe 4, Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2, Radsatz 42 für die Vorwärtsgangstufe 5, Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 und Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine erste elektrische Maschine 56 auf, die koaxial zu einer vierten Achse A4 angeordnet ist. Die erste elektrische Maschine 56 weist ein erstes Ritzel 58 auf, das drehfest mit einem Rotor der ersten elektrischen Maschine 56 verbunden ist und koaxial zu der Achse A4 ist. Das erste Ritzel, das auch als erstes Maschinenritzel bezeichnet werden kann, ist über ein erstes Zwischenrad 59, das an einer nicht näher bezeichneten Achse drehbar gelagert ist, mit einem Gangradsatz des ersten Teilgetriebes 32 verbunden, im vorliegenden Fall mit dem zweiten Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3. Genauer gesagt kämmt das erste Ritzel 58 mit dem ersten Zwischenrad 59, und das erste Zwischenrad 59 kämmt mit einem Festrad des zweiten Radsatzes 38, wobei das Festrad drehfest mit der ersten Eingangswelle 24 verbunden ist.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine zweite elektrische Maschine 60 auf, die achsparallel zu den Eingangswellen 24, 26 angeordnet ist, und zwar koaxial zu einer fünften Achse A5. Die zweite elektrische Maschine weist ein zweites Ritzel (zweites Maschinenritzel) 62 auf, das koaxial zu der Achse A5 angeordnet ist. Das zweite Ritzel 62 ist mit der zweiten Eingangswelle 26 über einen Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes 34 verbunden. Vorliegend ist das zweite Ritzel 62 über ein zweites Zwischenrad 63 mit dem fünften Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 4 verbunden. Genauer gesagt kämmt das zweite Ritzel 62 mit dem zweiten Zwischenrad 63, das an einer nicht näher bezeichneten Achse drehbar gelagert ist, und das zweite Zwischenrad 63 kämmt mit einem Festrad des fünften Radsatzes 50, wobei das Festrad drehfest mit der zweiten Eingangswelle 26 verbunden ist.
  • Die fünf Achsen A1, A2, A3, A4, A5 sind sämtlich parallel miteinander ausgerichtet.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 14 ist, wie oben erwähnt, benachbart zu dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet. Der Abtriebsradsatz 30 ist ebenfalls auf der zweiten axialen Seite der Getriebeanordnung 16 angeordnet und ist vorzugsweise axial ausgerichtet mit der Doppelkupplungsanordnung 14 bzw. liegt in etwa in einer Ebene hiermit. Zwischen dem Abtriebsradsatz 30 und dem fünften Radsatz 50 kann an der Ausgangswelle 28 das Parksperrenrad P festgelegt sein.
  • Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10 sind die elektrischen Maschinen 56, 60 jeweils mit einem Gangradsatz ihres zugeordneten Teilgetriebes verbunden, der der höchsten Gangstufe jenes Teilgetriebes zugeordnet ist. Ferner sind die elektrischen Maschinen 56, 60 jeweils über einen Gangradsatz mit ihrem jeweiligen Teilgetriebe verbunden, der vorzugsweise jeweils benachbart zu einem axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet ist. Die Radsätze liegen dabei an gegenüberliegenden axialen Enden.
  • Die elektrischen Maschinen 56, 60 sind axial überlappend zueinander angeordnet. Durch die Anbindung über Zwischenräder 59, 63 können hohe Übersetzungen zu den jeweiligen Gangradsätzen eingerichtet werden, so dass relativ hochdrehend elektrische Maschinen verwendet werden können, die kompakt bauen.
  • Die Hybrid-Getriebeanordnung weist vorliegend genau fünf Vorwärtsgangstufen auf und weist keine Rückwärtsgangstufe auf. Ein Rückwärtsfahrbetrieb kann mittels des Hybrid-Antriebsstranges 10 ausschließlich eingerichtet werden, wenn eine der elektrischen Maschinen 56 oder 60 in umgekehrter Drehrichtung angetrieben wird.
  • Die Getriebeanordnung 16 weist keine Windungsgangstufen auf. Jeder Radsatz 36 bis 50 weist genau ein Losrad und ein Festrad auf, wobei die Losräder der Radsätze 36, 38, 48, 50 drehbar an der Ausgangswelle 28 gelagert sind, und wobei das Losrad des Radsatzes 42 drehbar an der ersten Eingangswelle 24 gelagert ist.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine dritte Kupplung K3 auf, die auch als Brückenkupplung bezeichnet werden kann.
  • Die dritte Kupplung dient zum Verbinden der ersten Eingangswelle 24 und der zweiten Eingangswelle 26. Die dritte Kupplung K3 ist benachbart zu dem vierten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 angeordnet und ist mit der Schaltkupplung E für den dritten Radsatz 42 zum Schalten der fünften Vorwärtsgangstufe in einem dritten Schaltkupplungspaket 66 aufgenommen. Die dritte Kupplung K3 ist genauso wie die Schaltkupplungen A, B, C, D, E als nichtsynchronisierte Klauenkupplung realisiert.
  • Das dritte Schaltkupplungspaket 66 ist koaxial zu der ersten Achse A1 angeordnet, und zwar zwischen den Radsätzen 42, 48.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 14 und die drei Schaltkupplungspakete 40, 52, 66 sind mittels vier Betätigungseinrichtungen S1 bis S4 betätigbar.
  • Eine Betätigungseinrichtung S1 dient zum Betätigen der Doppelkupplungsanordnung 14 und kann entweder die Kupplung K1 schließen, oder die Kupplung K2 schließen oder eine Neutralstellung einrichten.
  • In entsprechender Weise kann das erste Schaltkupplungspaket 40 mittels einer vierten Betätigungseinrichtung S4 betätigt werden. Mittels der vierten Betätigungseinrichtung S4 kann entweder die Schaltkupplung A geschlossen werden, oder die Schaltkupplung C geschlossen werden oder eine Neutralstellung eingerichtet werden.
  • In entsprechender Weise kann das zweite Schaltkupplungspaket 52 mittels einer dritten Betätigungseinrichtung S3 betätigt werden, um entweder die Kupplung D zu schließen, oder die Kupplung B zu schließen oder eine Neutralstellung einzurichten.
  • Schließlich kann das dritte Schaltkupplungspaket 66 mittels einer zweiten Betätigungseinrichtung S2 geschaltet werden, um entweder die Kupplung K3 zu schließen, oder die Kupplung E zu schließen oder eine Neutralstellung einzurichten.
  • In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges 10' dargestellt, der hinsichtlich und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
  • Es ist zu erkennen, dass Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor entweder über die Kupplung K1 zum ersten Teilgetriebe 32 oder über die Kupplung K2 zum zweiten Teilgetriebe 34 geführt werden kann. Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine kann unmittelbar in das erste Teilgetriebe 32 eingespeist werden, oder über die Kupplung K1 hin zu dem Verbrennungsmotor 12 (beispielsweise um diesen zu starten).
  • Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 60 kann direkt in das zweite Teilgetriebe 34 eingeleitet werden oder über die Kupplung K2 zu dem Verbrennungsmotor 12, beispielsweise um diesen zu starten.
  • Ferner ist zu erkennen, dass das erste Teilgetriebe 32 und das zweite Teilgetriebe 34 über eine dritte Kupplung K3 miteinander verbindbar sind, so dass beispielsweise bei geschlossener Kupplung K1 verbrennungsnotorische Leistung über die Kupplung K3 zu dem zweiten Teilgetriebe 34 fließen kann.
  • In diesem Fall kann die erste elektrische Maschine 56 in den Leerlauf geschaltet werden, so dass sie nahezu verlustlos mitdreht, oder kann generatorisch oder elektromotorisch betrieben werden.
  • In entsprechender Weise kann bei geschlossener Kupplung K2 Leistung des Verbrennungsmotors 12 zu dem ersten Teilgetriebe 32 geleitet werden, wenn man die Kupplung K3 schließt.
  • Ein serieller Betrieb ist ferner möglich, wenn man beispielsweise rein elektromotorische Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 56 über das erste Teilgetriebe 32 zu der Ausgangswelle 28 führt. In diesem Fall kann bei geöffneten Kupplungen K1 und K3 die Kupplung K2 geschlossen werden, um dann Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 dazu zu nutzen, die zweite elektrische Maschine 60 anzutreiben, um die zweite elektrische Maschine 60 als Generator arbeiten zu lassen, der eine nicht näher dargestellte Batterie des Antriebsstranges 10' lädt. Es versteht sich, dass in diesem Fall sämtliche Schaltkupplungen des zweiten Teilgetriebes 34 geöffnet sind. In 3 ist ein weitere Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges 10" dargestellt, der hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
  • So ist zum einen zu erkennen, dass in dem ersten Teilgetriebe 32 die Radsätze für die Vorwärtsgangstufen 3 und 5 vertauscht sind. Folglich ist der zweite Radsatz 38" für die Vorwärtsgangstufe 3 näher an dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet als der dritte Radsatz 42" für die Vorwärtsgangstufe 5, der benachbart zu dem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet ist.
  • In 3 ist ferner dargestellt, dass die erste elektrische Maschine 56 und/oder die zweite elektrische Maschine 60 nicht notwendigerweise über einen Gangradsatz mit der jeweiligen zugeordneten Eingangswelle 24, 26 verbunden werden muss. Vielmehr ist es auch möglich, an der ersten Ausgangswelle 24 ein erstes Zahnrad (erstes Maschinenzahnrad) 70 festzulegen, das mit dem ersten Ritzel 58 direkt oder über ein erstes Zwischenrad 59" in Eingriff steht.
  • In entsprechender Weise kann an der zweiten Ausgangswelle 26 ein zweites Zahnrad (zweites Maschinenzahnrad) 72 festgelegt werden, das mit dem zweiten Ritzel 62 direkt oder über ein zweites Zwischenrad 63"' in Eingriff steht.
  • Durch das erste Zahnrad 70 und/oder das zweite Zahnrad 72 kann ein zusätzlicher Freiheitsgrad realisiert werden, der die Umsetzung der Vorübersetzung vereinfacht.
  • Das erste Zahnrad 70 liegt vorzugsweise in einer Ebene mit dem ersten Schaltkupplungspaket 40", so dass diese Realisierung längenneutral möglich ist. In gleicher Weise ist das zweite Zahnrad 72 axial mit dem zweiten Schaltkupplungspaket 52 ausgerichtet, so dass auch das Bereitstellen des zweiten Zahnrades 72 keine Bauraumverlängerung mit sich bringt.
  • Insbesondere dann, wenn die Zahnränder 70, 72 nicht vorgesehen sind, sondern eine Anbindung jeweils über die Radsätze erfolgen soll, die an den axialen Enden der Getriebeanordnung 16 angeordnet sind, kann folgender Vorteil erzielt werden. Denn in diesem Fall kann die erste elektrische Maschine 56 über jenen Gangradsatz 42" an die erste Eingangswelle 24 angebunden werden, der die höchste Übersetzung des ersten Teilgetriebes 32 darstellt, so dass eine größere Übersetzung im elektrischen Fahrbetrieb realisiert werden kann.
  • Die zuletzt beschriebene Variante wird als besonders bevorzugt angesehen.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang 10" der 3 weist zudem keine dritte Kupplung K3 auf. Das Schaltkupplungspaket 66" beinhaltet daher vorliegend ausschließlich die Schaltkupplung C zum Schalten des zweiten Radsatzes 38" für die Vorwärtsgangstufe 3.
  • In 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Doppelkupplungsanordnung 14"' gezeigt, die bei jedem der oben beschriebenen Antriebsstränge alternativ zu den dort verwendeten Doppelkupplungsanordnungen 14 verwendet werden kann.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 14"' beinhaltet eine zweite Kupplung K2, die wie bei der Doppelkupplungsanordnung 14 als nichtsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet ist und die mittels einer Betätigungseinrichtung S1 betätigbar ist.
  • Anstelle der nichtsynchronisierten Klauenkupplung K1 ist in der Doppelkupplungsanordnung 14'" eine Kupplung K1"' in Form einer normalerweise offenen Reibkupplung vorgesehen, die entweder mittels der gleichen Betätigungseinrichtung S1 oder mittels einer eigenen Betätigungseinrichtung S1a betätigbar ist, und zwar unabhängig von der Betätigungseinrichtung S1.
  • Die Ausbildung der ersten Kupplung K1"' als normalerweise offene Reibkupplung kann den Vorteil haben, dass die erste Kupplung K1"' auch unter Last geöffnet werden kann, beispielsweise im Falle einer Notbremsung. Hierdurch kann der Verbrennungsmotor auch in einem solchen Notfall abgekoppelt werden.
  • Die zweite Kupplung K2 dient in diesem Fall (wie nachstehend auch noch erläutert werden wird) nicht zum Einrichten eines Leistungsflusses für Vorwärtsgangstufen der Getriebeanordnung 16, sondern im Wesentlichen zum Koppeln der zweiten elektrischen Maschine 60 an den Verbrennungsmotors 12.
  • Anhand der 5 bis 7 werden unterschiedliche Fahrbetriebe erläutert, die mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10 der 1 und 2 einrichtbar sind. Vergleichbare Fahrbetriebe sind mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10" der 3 und/oder in Verbindung mit der Doppelkupplungsanordnung 14'" der 4 verwendbar.
  • In 5 ist eine Schalttabelle der Schaltelemente K1, K2, K3, A-E in einem rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder in einem Hybrid-Fahrbetrieb dargestellt, bei dem Antriebsleistung verbrennungsmotorisch und optional elektromotorisch bereitgestellt wird.
  • Bei sämtlichen in diesem Fahrbetrieb einrichtbaren Vorwärtsgangstufen V1 bis V5 ist jeweils durchgehend die erste Kupplung K1 geschlossen und die zweite Kupplung K2 der Doppelkupplungsanordnung 14 ist geöffnet. In der Vorwärtsgangstufe V1 ist die Schaltkupplung A geschlossen und alle anderen Schaltkupplungen B bis E sind geöffnet. Auch die dritte Kupplung K3 ist geöffnet. Leistung fließt folglich von dem Verbrennungsmotor über die erste Kupplung K1 und die erste Eingangswelle 24 zu dem ersten Radsatz 36, und von dort über die Schaltkupplung A zu der Ausgangswelle 28.
  • Es versteht sich dabei, dass ein Anfahren aus dem Stillstand in der Regel rein elektromotorisch erfolgt, bis eine Geschwindigkeit erreicht ist, bei der der Verbrennungsmotor über die Kupplung K1 zugeschaltet werden kann, also bei einer Geschwindigkeit, die einer Drehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 12 entspricht. Ein Anfahren aus dem Stillstand erfolgt folglich beispielsweise über die erste elektrische Maschine 56 und den ersten Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1. Sobald eine Geschwindigkeit erreicht ist, die jener des Verbrennungsmotors 12 entspricht, kann die Kupplung K1 geschlossen werden. Diese bleibt dann für den gesamten verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb geschlossen.
  • Beim Wechsel von der Vorwärtsgangstufe V1 in die Vorwärtsgangstufe V2 wird zunächst vorbereitend die Schaltkupplung B für die Vorwärtsgangstufe 2 geschlossen. Dies kann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Synchronisierung mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 erfolgen.
  • Anschließend wird die Schaltkupplung A für die Vorwärtsgangstufe 1 geöffnet, wobei die Zugkraft mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 und dem bereits geschalteten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 abgestützt wird. Anschließend kann die dritte Kupplung K3 geschlossen werden, wobei die hierzu notwendige Synchronisierung zum einen durch Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors 12 aber auch durch entsprechende Synchronisierungsmaßnahmen der zweiten elektrischen Maschine 16 erfolgt. In der zweiten Vorwärtsgangstufe fließt Leistung folglich von dem Verbrennungsmotor 12 über die erste Kupplung K1, die erste Eingangswelle 24, die geschlossene dritte Kupplung K3, die zweite Eingangswelle 26 und den mittels der Schaltkupplung B geschalteten Radsatz 48 für die zweite Vorwärtsgangstufe zu der Ausgangswelle 28.
  • Beim Wechsel in die Vorwärtsgangstufe V3 wird die dritte Kupplung K3 wiederum geöffnet, die Zugkraft wird über die zweite elektrische Maschine 60 abgestützt, und anschließend kann in dem ersten Teilgetriebe 32 die Anschlussgangstufe 3 durch Schließen der Schaltkupplung C geschlossen werden. Die notwendige Synchronisierung kann hierbei mittels der ersten elektrischen Maschine 56 erfolgen.
  • Anschließend kann die Last mittels der ersten elektrischen Maschine 56 übernommen werden, und die Schaltkupplung B der Vorwärtsgangstufe 2 kann geöffnet werden.
  • Die weiteren Gangwechsel von den Gangstufen V3 und V4 und von V4 und V5 ergeben sich in entsprechender Weise. Bei den geraden Vorwärtsgangstufen V2 und V4 ist jeweils die dritte Schaltkupplung K3 geschlossen. Die zweite Kupplung K2 ist immer geöffnet, und die erste Kupplung K2 ist immer geschlossen.
  • In 6 ist ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine dargestellt. In einer ersten elektrischen Gangstufe E1.1 ist nur die Schaltkupplung A für die Vorwärtsgangstufe 1 geschlossen. In einer zweite elektrischen Vorwärtsgangstufe E1.2 ist nur die Schaltkupplung C geschlossen. In einer dritten elektromotorischen Gangstufe E1.3 ist die Schaltkupplung E geschlossen.
  • In entsprechender Weise zeigt 7 einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine 60. In einer ersten Gangstufe E2.1 ist nur die Schaltkupplung B geschlossen. In einer zweiten elektrischen Gangstufe E2.2 ist nur die Schaltkupplung D geschlossen.
  • Im rein elektrischen Fahrbetrieb gemäß den 6 und 7 sind rein elektrische Lastschaltungen (d.h. Schaltvorgänge zwischen Vorwärtsgangstufen ohne oder mit verringerter Zugkraftunterbrechung) möglich. Hierbei wird ein elektromotorischer Fahrbetrieb ausschließlich beispielsweise zwischen den Gangstufen E1.1, E1.2, E1.3 oder ausschließlich zwischen den Gangstufen E2.1 und E2.2 eingerichtet, und es wird geschaltet, währenddessen die andere elektrische Maschine jeweils die Zugkraft aufrecht erhält.
  • Bei einem Gangwechsel beispielsweise von der Vorwärtsgangstufe E1.1 in die Vorwärtsgangstufe E1.2 kann in dem zweiten Teilgetriebe die Schaltkupplung B geschlossen sein und die zweite elektrische Maschine kann folglich die Zugkraft während des Schaltvorganges in dem ersten Teilgetriebe aufrecht erhalten.
  • In dem rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder Hybrid-Fahrbetrieb (also dann, wenn verbrennungsmotorische Leistung und optional elektromotorische Leistung zur Abtriebswelle geführt werden) ist es vorteilhaft, dass die dritte Kupplung dazu verwendet wird, um die zweite Eingangswelle 26 mit der ersten Eingangswelle 24 zu verbinden und folglich verbrennungsmotorische Leistung immer über die erste Eingangswelle 24 in die Getriebeanordnung 16 einzuspeisen. Die dem ersten Teilgetriebe 32 zugeordnete erste elektrische Maschine 56 ist folglich während dieses Fahrbetriebs immer mit dem Verbrennungsmotor drehfest verbunden. Hierdurch ist es möglich, Lastpunktverschiebungen am Verbrennungsmotor einzurichten, und die erste elektrische Maschine kann bei der Drehzahlregelung unterstützen, wenn ein Synchronisierungsvorgang erfolgen soll. Mit anderen Worten, da die erste Kupplung K1 immer geschlossen bleibt, kann die erste elektrische Maschine 56 den Verbrennungsmotor 12 beim Synchronisieren unterstützen.
  • Um die hierzu notwendige dritte Kupplung K3 möglichst effizient in die Getriebeanordnung zu integrieren, ist diese in das dritte Schaltkupplungspaket 66 aufgenommen. Da die dritte Kupplung K3 folglich mit einer Schaltkupplung in ein Schaltkupplungspaket integriert ist, die jenem Teilgetriebe zugeordnet ist, dessen zugeordnete Kupplung K1 der Doppelkupplungsanordnung 14 im verbrennungsmotorischen bzw. Hybrid-Fahrbetrieb immer geschlossen ist, kann der Verbrennungsmotor sämtliche Gangstufen des Getriebes nutzen.
  • Die zweite Kupplung K2 wird hingegen geschlossen, wenn ein sogenannter serieller Betrieb eingerichtet wird. Hierbei wird die erste Kupplung K1 geöffnet. Über das erste Teilgetriebe 32 und die erste elektrische Maschine 56 wird ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb in einer Gangstufe eingerichtet, beispielsweise in der Vorwärtsgangstufe 1. Der Verbrennungsmotor 12 treibt über die geschlossene zweite Kupplung K2 die zweite elektrische Maschine 60 an und betreibt diese als Generator, so dass die von der ersten elektrischen Maschine 56 in diesem rein elektrischen Fahrbetrieb aus einer Fahrzeugbatterie entnommene Leistung über die zweite elektrische Maschine 60 wieder gleichzeitig eingespeist werden kann, zumindest teilweise.
  • Ein derartiger serieller Betrieb ist auch umgekehrt möglich, wenn man rein elektrisch mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 fährt und der Verbrennungsmotor 12 die erste elektrische Maschine 56 antreibt. Im letzteren Fall ist die erste Kupplung K1 geschlossen und die zweite Kupplung K2 ist geöffnet.
  • Der serielle Betrieb wird insbesondere in einem sogenannten Kriechmodus verwendet, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als eine minimale Geschwindigkeit, die verbrennungsmotorisch einrichtbar ist.
  • Jenes Teilgetriebe 32, das der im verbrennungsmotorischen Betrieb immer geschlossenen Kupplung K1 zugeordnet ist, beinhaltet vorzugsweise auch die höchste Vorwärtsgangstufe der Getriebeanordnung 16. Hierdurch kann bei geöffneter dritter Kupplung die zweite elektrische Maschine 60 quasi abgekoppelt werden, um Schleppverluste zu vermeiden. Zudem kann die erste elektrische Maschine 56 angekoppelt bleiben, um das Bordnetz mit elektrischer Energie zu versorgen (Betrieb als Generator), oder um einen Boost-Betrieb einzurichten (Betrieb als Motor).
  • Beim Schalten von einer Vorwärtsgangstufe des ersten Teilgetriebes 32 in eine Vorwärtsgangstufe des zweiten Teilgetriebes 34 wird zunächst in dem zweiten Teilgetriebe die gewünschte Gangstufe eingelegt, durch Schließen der zugeordneten Schaltkupplung (D oder B). Dies erfolgt unter Zuhilfenahme einer Synchronisierung mittels der zweiten elektrischen Maschine 60, wobei die zweite elektrische Maschine lastfrei in diese Zielgangstufe in dem zweiten Teilgetriebe 34 wechselt. Anschließend stützt die zweite elektrische Maschine 60 über die bereits eingelegte Zielgangstufe die Zugkraft während der Schaltung. Bei der Schaltung öffnet zunächst die Schaltkupplung des ersten Teilgetriebes, die der Start- bzw. Quellgangstufe zugeordnet ist, und anschließend wird die dritte Kupplung K3 geschlossen, wobei bei der Synchronisierung der Verbrennungsmotor 12 und die erste elektrische Maschine 56 zusammenwirken.
  • Bei einer Schaltung von dem zweiten Teilgetriebe 34 in eine Gangstufe des ersten Teilgetriebes 32 stützt die zweite elektrische Maschine 60 zunächst in der Quellgangstufe bzw. dem Ist-Gang die Zugkraft während der Schaltung. Bei der Schaltung wird zunächst K3 geöffnet und eines der Schaltelemente A, C, E schließt, wobei bei der notwendigen Synchronisation der Verbrennungsmotor 12 und die erste elektrische Maschine 56 zusammenwirken. Nach dem Öffnen der dritten Kupplung K3 und der Lastübernahme auf dem ersten Teilgetriebe 32 kann die Ausgangsgangstufe (Ist-Gangstufe) in dem zweiten Teilgetriebe geöffnet werden.
  • Es versteht sich, dass im Stillstand mit dem Hybrid-Antriebsstrang auch ein Standladen erfolgen kann. Beispielsweise kann die erste Kupplung K1 geschlossen sein und Antriebsleistung des Verbrennungsmotors wird über die erste Eingangswelle 24 in die erste elektrische Maschine 56 eingespeist. Die zweite Kupplung K2 bleibt geöffnet, und auch die Schaltkupplungen A, C, E des ersten Teilgetriebes 32 bleiben geöffnet, das erste Teilgetriebe 32 bleibt also in neutral. In diesem Zustand kann, wie gesagt, entweder ein Standladen erfolgen, es kann aber auch ein Starten des Verbrennungsmotors 12 mittels der ersten elektrischen Maschine 56 erfolgen.
  • Generell ist es auch denkbar, beide Kupplungen K1 und K2 zu schließen oder die Kupplung K1 und die Kupplung K3 zu schließen, um einen Ladevorgang sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine 56 als auch mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 erfolgen zu lassen. In diesem Fall treibt der Verbrennungsmotor beide elektrischen Maschinen an und beide arbeiten als Generator, um eine Kraftfahrzeugbatterie zu laden.
  • Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10" der 3 können die elektromotorischen Fahrbetriebe genau so eingerichtet werden wie in 6 und 7 beschrieben.
  • Hinsichtlich des verbrennungsmotorischen und hinsichtlich des Hybrid-Fahrbetriebes wird jedoch aufgrund der fehlenden dritten Kupplung K3 bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10" generell zwischen den Kupplungen K1 und K2 hin und her geschaltet, um den Leistungsfluss von einem Teilgetriebe auf das andere Teilgetriebe zu legen, wenn ein Wechsel von einer Gangstufe in eine direkt folgende Anschlussgangstufe erfolgen soll. Die Kupplungen K1 und K2 können hierbei als Klauenkupplungen ausgebildet sein, können jedoch auch als Reibkupplungen ausgebildet sein, oder durch eine Doppelkupplungsanordnung 14"', wie in 4 gezeigt.
  • In 8 ist eine Axialansicht eines Antriebsstranges 10 dargestellt, der hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell den Antriebssträngen 10, 10" der 1 oder 3 entsprechen kann.
  • Es ist zu erkennen, dass die Achse A1 der Eingangswellen 24, 26 in einem Zentrum eines Koordinatensystems mit vier Quadranten I, II, III und IV liegt.
  • Da der Antriebsstrang 10, 10" generell quer in Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeuges eingebaut wird, ist zudem in 8 eine bevorzugte Vorwärtsfahrrichtung bei F dargestellt.
  • Von den vier Quadranten I-IV liegt ein erster Quadrant I oberhalb der Eingangswellenanordnung 24, 26 und auf einer ersten Längsrichtungsseite (hinten) der Eingangswellenanordnung 24, 26. Ein zweiter Quadrant II liegt unterhalb der Eingangswellenanordnung und auf der ersten Längsrichtungsseite. Ein dritter Quadrant III liegt unterhalb der Eingangswellenanordnung 24, 26 und liegt auf einer zweiten Längsrichtungsseite (vorne) der Eingangswellenanordnung 24, 26. Ein vierter Quadrant IV liegt oberhalb der Eingangswellenanordnung und auf der zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung.
  • Die Achse A2 der Vorgelegewelle 28 ist in dem zweiten Quadranten II angeordnet. Die Achse A3 der Leistungsverteilungseinrichtung 18 ist ebenfalls in dem zweiten Quadranten II angeordnet. Die Achse A2 ist näher an dem dritten Quadranten III angeordnet als die Achse A3.
  • Betätigungseinrichtungen S1-S4 sind in dem dritten Quadranten III angeordnet.
  • Die erste elektrische Maschine 56 ist mit ihrer Achse A4 vollständig in dem ersten Quadranten I angeordnet. Die zweite elektrische Maschine 60 ist mit ihrer Achse A5 vollständig in dem vierten Quadranten IV angeordnet.
  • Das Zwischenrad 59 ist vollständig in dem ersten Quadranten I angeordnet. Das Zwischenrad 63 ist vollständig in dem vierten Quadranten IV angeordnet.
  • Die Leistungsverteilungseinrichtung ist überwiegend in dem zweiten Quadranten II angeordnet, kann sich jedoch auch in den ersten Quadranten I erstrecken.
  • Die Vorgelegewelle 28 mit den daran angeordneten Zahnrädern ist überwiegend in dem zweiten Quadranten II angeordnet, kann sich jedoch mit einigen Zahnrädern auch in den dritten Quadranten III erstrecken.
  • 9 zeigt, wie der Hybrid-Antriebsstrang 10 entweder in der Front oder dem Heck eines Kraftfahrzeuges 80 einbaubar ist, dessen Längsachse 82 zu der bevorzugten Vorwärtsfahrtrichtung F ausgerichtet ist.
  • Die Längsachse 82 des Kraftfahrzeuges 80 ist vorzugsweise parallel zu jener Achse des oben beschriebenen Koordinatensystemes ausgerichtet, die die oben liegenden Quadranten I, IV von den unten liegenden Quadranten II, III trennt.
  • Die Achse A3 liegt vorzugsweise koaxial zu angetriebenen Rädern.
  • In 9 ist die Achse A1 für einen Antriebsstrang 10 im Bereich der Front des Kraftfahrzeuges 80 angeordnet. In 9 ist alternativ eine Achse A1IV für einen Antriebsstrang 10IV im Bereich eines Hecks des Kraftfahrzeuges 80 angeordnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hybrid-Antriebsstrang
    12
    Verbrennungsmotor
    14
    Doppelkupplungsanordnung
    16
    Hybrid-Getriebeanordnung
    18
    Leistungsverteilungseinrichtung
    20
    angetriebene Räder
    22
    Steuereinrichtung
    24
    erste Eingangswelle
    26
    zweite Eingangswelle
    28
    Ausgangswelle
    30
    Abtriebsradsatz
    32
    erstes Teilgetriebe
    34
    zweites Teilgetriebe
    36
    Radsatz (1)
    38
    Radsatz (3)
    40
    erstes Schaltkupplungspaket
    42
    Radsatz (5)
    48
    Radsatz (2)
    50
    Radsatz (4)
    52
    zweites Schaltkupplungspaket
    56
    erste elektrische Maschine
    58
    erstes Ritzel (erstes Maschinenritzel)
    59
    erstes Zwischenrad
    60
    zweite elektrische Maschine
    62
    zweites Ritzel (zweites Maschinenritzel)
    63
    zweites Zwischenrad
    66
    drittes Schaltkupplungspaket
    70
    erstes Zahnrad (erstes Maschinenzahnrad)
    72
    zweites Zahnrad (zweites Maschinenzahnrad)
    80
    Kraftfahrzeug
    82
    Längsachse von Kraftfahrzeug
    A1 - A5
    Achsen
    A - E
    Schaltkupplungen für Gangstufen
    K1, K2
    Kupplungen von Doppelkupplungsanordnung
    EG
    Eingangsglied
    AG1
    erstes Ausgangsglied
    AG2
    zweites Ausgangsglied
    K3
    dritte Kupplung (Brückenkupplung)
    S1-S4
    Betätigungseinrichtungen
    P
    Parksperrenrad
  • 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
    • DE 102006036758 A1 [0004, 0010]

Claims (15)

  1. Hybrid-Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit - einer Eingangswellenanordnung (24, 26), die eine erste Eingangswelle (24) eines ersten Teilgetriebes (32) und eine zweite Eingangswelle (26) eines zweiten Teilgetriebes (34) aufweist, - einer ersten elektrischen Maschine (56), die mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, - einer zweiten elektrischen Maschine (60), die mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden und achsparallel zu dieser angeordnet ist, wobei die Eingangswellenanordnung (24, 26) in einer Axialansicht in einem Zentrum von vier Quadranten (I, II, III, IV) angeordnet ist, von denen ein erster Quadrant (I) oberhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf einer ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, von denen ein zweiter Quadrant (II) unterhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf der ersten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, von denen ein dritter Quadrant (III) unterhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf einer zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt und von denen ein vierter Quadrant (IV) oberhalb der Eingangswellenanordnung (24, 26) und auf der zweiten Längsrichtungsseite der Eingangswellenanordnung (24, 26) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse (A4) der ersten elektrischen Maschine (56) in dem ersten Quadrant (I) angeordnet ist und/oder wobei eine Achse (A5) der zweiten elektrischen Maschine (60) in dem vierten Quadrant (IV) angeordnet ist.
  2. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1, mit einer Vorgelegewelle (28), wobei die erste Eingangswelle (24) und die zweite Eingangswelle (26) jeweils über wenigstens einen schaltbaren Radsatz (36, 38 42; 48, 50) mit der Vorgelegewelle (28) verbunden sind, wobei die Vorgelegewelle (28) über einen Abtriebsradsatz (30) mit einer Leistungsverteilungseinrichtung (18) verbunden ist.
  3. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Achse (A3) der Leistungsverteilungseinrichtung (18)in dem zweiten Quadrant (II) angeordnet ist und/oder wobei eine Achse (A2) der Vorgelegewelle (28) in dem zweiten Quadrant (II) angeordnet ist, und/oder wobei die Achse (A2) der Vorgelegewelle (28) näher an dem dritten Quadrant (III) angeordnet ist als die Achse (A3) der Leistungsverteilungseinrichtung (18).
  4. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei axial verschiebliche Betätigungseinrichtungen (S1- S4) zum Schalten von schaltbaren Radsätzen (36, 38 42; 48, 50) und/oder zum Betätigen einer der Hybrid-Getriebeanordnung (16) zugeordneten Doppelkupplungsanordnung (14) und/oder zum Betätigen einer dritten Kupplung (K3) der Hybrid-Getriebeanordnung (16) in dem dritten Quadrant (III) angeordnet sind.
  5. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die erste elektrische Maschine (56) über einen schaltbaren Radsatz (38; 42") des ersten Teilgetriebes (32) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist und/oder wobei die zweite elektrische Maschine (60) über einen schaltbaren Radsatz (50) des zweiten Teilgetriebes (34) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist.
  6. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 5, wobei der schaltbare Radsatz (42") des ersten Teilgetriebes (32), über den die erste elektrische Maschine (56) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, der höchsten Gangstufe (5) des ersten Teilgetriebes (32) zugeordnet ist, und/oder wobei der schaltbare Radsatz (50) des zweiten Teilgetriebes (34), über den die zweite elektrische Maschine (60) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist, der höchsten Gangstufe (4) des zweiten Teilgetriebes (34) zugeordnet ist.
  7. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der schaltbare Radsatz (38; 42") des ersten Teilgetriebes (32), über den die erste elektrische Maschine (56) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, an einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung (16) angeordnet ist, und wobei der schaltbare Radsatz (50) des zweiten Teilgetriebes (34), über den die zweite elektrische Maschine (60) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist, an einem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung (16) angeordnet ist.
  8. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-7 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die erste elektrische Maschine (56) über ein erstes Zwischenrad (59) mit einem an der ersten Eingangswelle (24) angeordneten ersten Zahnrad (70) verbunden ist und/oder wobei die zweite elektrische Maschine (60) über ein zweites Zwischenrad (63) mit einem an der zweiten Eingangswelle (26) angeordneten zweiten Zahnrad (72) verbunden ist.
  9. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das erste Teilgetriebe (32) den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist und drei Radsätze (36, 38, 42) aufweist, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und wobei das zweite Teilgetriebe (34) den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist und zwei oder drei Radsätze (48, 50) aufweist, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
  10. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die erste elektrische Maschine (56) und die zweite elektrische Maschine (60) baugleich sind.
  11. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-10, wobei eine dritteKupplung (K3) zum Verbinden des ersten und des zweiten Teilgetriebes (32, 34) und eine Schaltkupplung (E; C) zum Schalten eines Radsatzes (42; 38") eines Teilgetriebes (32) ein Schaltkupplungspaket (66; 66") bilden.
  12. Hybrid-Antriebsstrang mit - einer Doppelkupplungsanordnung (14), die eine erste und eine zweite Kupplung (K1, K2) aufweist, die ein gemeinsames, mit einem Verbrennungsmotor (12) verbindbares Eingangsglied (EG) beinhalten, wobei die erste Kupplung (K1) ein erstes Ausgangsglied (AG1) beinhaltet und wobei die zweite Kupplung (K2) ein zweites Ausgangsglied (AG2) beinhaltet, - einer Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die erste Eingangswelle (24) mit dem ersten Ausgangsglied (AG1) verbunden ist und wobei die zweite Eingangswelle (26)) mit dem zweiten Ausgangsglied (AG2) verbunden ist.
  13. Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei die erste Kupplung (K1) der Doppelkupplungsanordnung (14) und/oder die zweite Kupplung (K2) der Doppelkupplungsanordnung (14) und/oder eine dritte Kupplung (K3) und/oder wenigstens eine Schaltkupplung (A, B, C, D, E) der Getriebeanordnung (16) als Klauenkupplung ausgebildet ist.
  14. Hybrid-Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei die erste Kupplung (K1) der Doppelkupplungsanordnung (14) als Reibkupplung ausgebildet ist und wobei die zweite Kupplung (K2) der Doppelkupplungsanordnung (14) als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildet ist.
  15. Kraftfahrzeug (80) mit einer Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-11 oder mit einem Hybrid-Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Getriebeanordnung (16) quer zu einer Längsachse (82) des Kraftfahrzeuges (80) ausgerichtet ist und zum Antrieb von Vorderrädern vorne oder zum Antrieb von Hinterrädern hinten im Kraftfahrzeug (80) eingebaut ist.
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