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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung. Ferner betrifft die Erfindung eine Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe, ein Fahrzeug mit einer Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Betrieb der Hybridantriebsanordnung sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Getriebe für Hybridantriebsanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die
WO2010/009943 A1 ein Doppelkupplungsgetriebe, welches den Betrieb eines Hybridfahrzeugs verbrennungsmotorisch, elektromotorisch und mit beiden Antriebsaggregaten zusammen ermöglicht. Derartige Getriebe sind komplex, schwer und teuer. Es besteht Bedarf an Getriebetopologien mit reduzierter mechanischer Komplexität, verringertem Raumbedarf und verringertem Gewicht.
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Der Begriff „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ wird im Folgenden im Sinne einer festen Verbindung benutzt. Im Gegensatz dazu umfasst der Begriff „koppelbar“ im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl feste als auch schaltbare Verbindungen. Ist konkret eine schaltbare Verbindung gemeint, wird in der Regel das entsprechende Schaltelement, insbesondere eine Bremse oder eine Kupplung, explizit angegeben. Ist hingegen konkret eine feste, starre oder drehfeste Verbindung gemeint, wird in der Regel der Begriff „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ verwendet und auf die Verwendung des Begriffs „koppelbar“ verzichtet. Die Verwendung des Begriffs „koppelbar“ ohne Angabe eines konkreten Schaltelementes deutet somit auf den beabsichtigten Einschluss beider Fälle hin. Diese Unterscheidung erfolgt allein zugunsten der besseren Verständlichkeit und insbesondere zur Verdeutlichung, wo das Vorsehen einer schaltbaren Verbindung anstelle einer in der Regel leichter realisierbaren festen Verbindung beziehungsweise Koppelung zwingend erforderlich ist. Die obige Definition des Begriffs „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ ist daher keinesfalls so eng auszulegen, dass willkürlich zu Umgehungszwecken eingefügte Kupplungen aus seinem Wortsinn herausführten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, welches mit zwei Antriebsaggregaten koppelbar ist, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, mindestens einem ersten und einem zweiten Schaltelement und einem ersten, einem zweiten und einem dritten Planetengetriebe, wobei der Planetenträger des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt ist und das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist und das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt ist, wobei das erste Schaltelement dazu eingerichtet ist das Sonnenrad des dritten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, und wobei das zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, und wobei die Eingangswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die Ausgangswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes und dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt ist.
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Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt. Für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung sind zwei Antriebsaggregate an das Getriebe koppelbar. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, mindestens ein erstes und ein zweites Schaltelement sowie ein erstes, ein zweites und ein drittes Planetengetriebe. Dabei sind der Planetenträger des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes und das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes und das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden sind. Im Rahmen der Beschreibung ist eine Koppelung als eine Verbindung zu verstehen, welche starr, beispielsweise einstückig, beispielsweise mittels einer Welle, oder mit einer festen Übersetzung oder Getriebestufe aufgeführt ist.
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Weiter ist das erste Schaltelement dazu eingerichtet das Sonnenrad des dritten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, insbesondere das Sonnenrad mit einem Fixpunkt oder an einem Gehäuse des Getriebes zu verbinden, zu koppeln oder das Sonnenrad bzw. am Gehäuse abzustützen. Weiter ist das zweite Schaltelement dazu eingerichtet das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, insbesondere das Sonnenrad mit einem Fixpunkt oder dem Gehäuse des Getriebes zu verbinden, zu koppeln oder das Sonnenrad am Gehäuse abzustützen. Das Abbremsen des Sonnenrads bzw. der Sonnenräder umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Sonnenrads bzw. der Sonnenräder, insbesondere bis zum Stillstand des Sonnenrads bzw. der Sonnenräder. Das Freigeben des Sonnenrads bzw. der Sonnenräder umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Sonnenrads bzw. der Sonnenräder entsprechend der auf das Sonnenrad bzw. die Sonnenräder wirkenden Kräfte beschleunigt.
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Die Eingangswelle ist fest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Im Rahmen der Beschreibung ist eine Koppelung somit eine Verbindung, welche starr, beispielsweise einstückig, beispielsweise mittels einer Welle, oder mit einer festen Übersetzung oder Getriebestufe ausgeführt ist. Die Ausgangswelle ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes und mit dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt. Insbesondere ist die Ausgangswelle mit einem Abtrieb koppelbar. Der Abtrieb ist insbesondere eine Welle oder eine Achse, die die Bewegung der Ausgangswelle auf den mechanischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, beispielsweise auf ein Differenzial oder auf ein Antriebsrad überträgt. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, welches die Drehzahl und das Drehmoment, welches an der Eingangswelle anliegt, bei geschlossenem ersten und zweiten Schaltelement mit einem sich ergebenen ersten Übersetzungsverhältnis in dem Getriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere besonders geeignet für ein Antriebssystem, das mit einer Spannung von 48V betrieben wird, als auch für Antriebssysteme, die eine höhere Spannung als 48V nutzen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Getriebe ein drittes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle koppelbar mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes zu verbinden.
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Für das Getriebe ist ein drittes Schaltelement vorgesehen, welches die Eingangswelle mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes koppelbar verbindet. Bei geschlossenem ersten, geöffnetem zweiten und geschlossenem dritten Schaltelement ergibt sich eine zweite Übersetzung für den Betrieb des Getriebes.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein viertes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle über das dritte Schaltelement koppelbar mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes zu verbinden.
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Für das Getriebe ist ein viertes Schaltelement vorgesehen, welches die Eingangswelle über das dritte Schaltelement mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes koppelbar verbindet. Bei geschlossenem ersten und vierten sowie geöffnetem zweiten und dritten Schaltelement ergibt sich eine dritte Übersetzung für den Betrieb des Getriebes. Bei geöffnetem ersten und zweiten sowie geschlossenem dritten und vierten Schaltelement ergibt sich eine vierte Übersetzung. Beim geöffnetem ersten und vierten sowie geschlossenem zweiten und dritten Schaltelement ergibt sich eine fünfte Übersetzung im Getriebe. Beim geöffnetem ersten und dritten sowie geschlossenem zweiten und vierten Schaltelement ergibt sich eine sechste Übersetzung.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste und/oder das zweite Schaltelement eine Bremse.
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Das erste und/oder das zweite Schaltelement ist als Bremse, insbesondere eine Trocken- oder Nassbremse oder als Reibkupplung ausgeführt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur steuerbaren Freigabe und Abbremsung der Sonnenräder des ersten oder des dritten Planetengetriebes bereitgestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das dritte und/oder das vierte Schaltelement eine Kupplung. Zur Verbindung der Eingangswelle mit den genannten Komponenten der Planetengetriebe sind das dritte und/oder das vierte Schaltelement als Kupplung ausgeführt. Bei einer derartigen Kupplung kann es sich insbesondere um eine Trockenkupplung, Nasskupplung oder Reibkupplung handeln. Vorteilhaft werden Möglichkeiten für eine steuerbare Verbindung der Eingangswelle mit den Komponenten der Planetengetriebe bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit der Eingangswelle gekoppelt und/ oder ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, ist mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes und dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt.
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An der Eingangswelle ist eingangsseitig das erste Antriebsaggregat angekoppelt. Das zweite Antriebsaggregat ist mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes und dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt.
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Vorteilhaft kann für einen generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregates, beispielsweise einer elektrischen Maschine, beispielsweise zum Laden einer Batterie, das erste Antriebsaggregat oder der Verbrennungsmotor mittels Schließen des dritten Schaltelements und Öffnen des ersten, zweiten und vierten Schaltelements mit der elektrischen Maschine verbunden werden. Da dabei beide Antriebsaggregate von der Ausgangswelle abgekoppelt sind und somit kein Drehmoment auf die Ausgangswelle übertragen wird, kann dieses Laden bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle, also beispielsweise während des Stillstands eines Fahrzeugs, erfolgen. Bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle wird eine direkte Übertragung der rotatorischen Energie des ersten Antriebsaggregates zum zweiten Antriebsaggregat oder umgekehrt ermöglicht.
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Ein leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT-Modus) wird durch Schließen des zweiten und des dritten Schaltelements und Öffnen des ersten und des vierten Schaltelements ermöglicht. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf das ersten und das zweite Planetengetriebe und die elektrische Maschine auf das dritte Planetengetriebe, welches mit der Ausgangswelle verbunden ist. Dabei lässt sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle über einen weiten Bereich mittels Vorgabe einer Drehzahl oder eines Drehmomentes des zweiten Antriebaggregates kontinuierlich variieren. Vorteilhaft wird ein leistungsverzweigter Betrieb, oder auch eCVT-Modus genannt, ermöglicht, bei dem sowohl die Vortriebsleistung an der Ausgangswelle, als auch die Ladeleistung für den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine unabhängig voneinander einstellbar sind. Vorteilhaft wird ein Laden im Stand oder im Kriechen (>0km/h bis ca. 10KM/h) und ein sanfter komfortabler Übergang vom Modus Standladen in den Modus Kriechladen und den Modus Fahren mit fester Übersetzung, bzw. im festem Gang ermöglicht.
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Weiter kann mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des zweiten, des dritten oder des vierten Schaltelements aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Dabei ist ein Start des zweiten Antriebsaggregats für die Fahrt mit der dritten Getriebe-Übersetzung besonders komfortabel, ein Komfortstart. Ein Komfortstart zeichnet sich dadurch aus, dass dieser zugkraftunterbrechunfrei durch geführt wird, so dass der Fahrer den Start des Verbrennungsmotors nicht bemerkt.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass das erste Antriebsaggregat beispielsweise als elektrische Maschine ausgestaltet ist und das zweite Antriebsaggregat beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. In einer solchen Konfiguration können sich mittels des Getriebes andere Funktionalitäten und Betriebsmodi für das Zusammenwirken der Komponenten ergeben, die hier nicht weiter ausgeführt werden.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zugkraftunterbrechungsfrei.
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Ein Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes, insbesondere ein Schalten in einen anderen Gang oder in einen anderen Betriebsmodus des Getriebes erfolgt zugkraftunterbrechungsfrei, wenn insbesondere für den Wechsel aus einem Betriebsmodus des Getriebes in einen anderen eines der Schaltelement seinen Zustand beibehält, ein zweites der Schaltelemente aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand überführt wird und ein drittes der Schaltelemente aus einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt wird. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, bei dem das Wechseln der Gangstufen ohne eine Unterbrechung der Zugkraft ermöglicht wird.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe eine Ansteuerung zur Ansteuerung mindestens eines der Schaltelemente in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals.
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Es ist eine Ansteuerung vorgesehen welche in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals, beispielsweise ein angefordertes Drehmoment, eine vorgegebene Drehzahl, oder ein bestimmter Betriebspunkt der Antriebsaggregate, mindestens eines der Schaltelemente ansteuert. Die genannten Parameter des Betriebsvorgabesignals können auf die Ausgangswelle des Getriebes, auf die Eingangswelle oder auf die mit den Antriebsaggregaten zu verbindenden Wellen bezogen sein. Vorteilhaft wird eine Steuerung des Getriebes ermöglicht.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Hybrid-Antriebsanordnung mit einem Getriebe, wobei die Hybridantriebsanordnung ein erstes Antriebsaggregat und ein zweites Antriebsaggregat und/ oder einen Pulswechselrichter und/oder eine elektrische Energiequelle umfasst.
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Es wird eine Hybridantriebsanordnung mit einem bisher beschriebenen Getriebe bereitgestellt. Die Hybridantriebsanordnung umfasst eine erstes und ein zweites Antriebsaggregat. Insbesondere umfasst die Hybridantriebsanordnung einen Pulswechselrichter und/oder eine elektrische Maschine. Das erste Antriebsaggregat ist insbesondere mit der Eingangswelle gekoppelt oder verbunden. Das zweite Antriebsaggregat ist insbesondere mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes und dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt oder verbunden. Der Pulswechselrichter ist insbesondere zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates, insbesondere einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Hierzu wandelt das zweite Antriebsaggregat insbesondere die elektrische Energie einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle, um. Vorteilhaft wird eine Hybridantriebsanordnung, welche für den Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet ist, bereitgestellt.
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Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einer beschriebenen Hybridantriebsanordnung. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Hybridantriebsanordnung umfasst.
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Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Ermitteln eines Betriebsvorgabesignals;
- Ansteuern mindestens eines der Schaltelemente zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals (BV).
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe bereitgestellt. Dabei wird ein Betriebsvorgabesignal ermittelt. Mindestens eines der Schaltelemente wird zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes oder eines entsprechenden Betriebsmodus in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals geschlossen oder geöffnet. Das Betriebsvorgabesignal wird in Abhängigkeit einer Betriebsstrategie, eines Fahrerwunsches oder Fahrpedals, eines Batteriemanagementsystems oder anderer beispielsweise in einem Fahrzeug verfügbaren Systemen vorgegeben. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals werden die Schaltelemente zur Einstellung der entsprechenden Funktionalität oder des Betriebsmodus des Getriebes angesteuert, insbesondere die Kupplungen oder Bremsen geschlossen oder geöffnet. Die Funktionalität des Getriebes oder der Betriebsmodus sind insbesondere die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangstufen, oder die verschiedenen Modi oder Betriebsmodi, beispielsweise ein generatorischer Betrieb des zweiten Antriebsaggregates bei stillstehender Ausgangswelle oder der eCVT-Modus. Vorteilhaft wird ein Verfahren für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung bereitgestellt.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
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Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Getriebes entsprechend auf die Hybridantriebsanordnung, das Fahrzeug bzw. das Verfahren und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung der Hybridantriebsstranganordnung mit einem Getriebe.
- 2: eine Schaltmatrix des Getriebes.
- 3: eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Gänge
- 4: ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einer Hybridantriebstranganordnung.
- 5: ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebstranganordnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Hybridantriebstranganordnung 200 mit einem ersten Antriebsaggregat 8, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem zweiten Antriebsaggregat 9, insbesondere einer elektrischen Maschine und einem Getriebe 100. Insbesondere umfasst die Hybridantriebstranganordnung einen Pulswechselrichter 60 zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates 9 mit elektrischer Energie. Weiter umfasst die Hybridantriebstranganordnung 200 insbesondere eine elektrische Energiequelle 70, welche mit dem Pulswechselrichter 60 verbunden ist. Das Getriebe 100 umfasst die Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 11. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Planetengetriebe 5, ein zweites Planetengetriebe 6 und ein drittes Planetengetriebe 7. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Schaltelement SE1 und ein zweites Schaltelement SE2. Das erste Schaltelement SE1, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet, das Sonnenrad S3 des dritten Planetengetriebes 7 abzubremsen oder freizugeben, insbesondere in dem die Bremse das Sonnenrad mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Das zweite Schaltelement SE2, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet das Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes 5 abzubremsen oder freizugeben, insbesondere in dem die Bremse das Sonnenrad mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Die Eingangswelle 11 ist mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 fest gekoppelt bzw. verbunden. Der Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 ist fest gekoppelt mit dem Hohlrad H3 des dritten Planetengetriebes 7 und das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 ist fest gekoppelt mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6. Weiter ist das Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 fest gekoppelt mit dem Planetenträger P3 des dritten Planetengetriebes 7. Die Ausgangswelle 11 ist mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 und dem Planetenträger P3 des dritten Planetengetriebes 7 fest verbunden.
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Weiter kann das Getriebe ein drittes Schaltelement SE3 und ein viertes Schaltelement SE4 umfassen. Das dritte Schaltelement SE3, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle mit dem Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Das vierte Schaltelement SE4, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle über das dritte Schaltelement SE3 mit dem Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Des Weitere kann über das vierte Schaltelement SE4 der Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 mit dem zweiten Schaltelement SE2 gekoppelt werden.
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Des Weiteren können das erste, das zweite, das dritte und das vierte Schaltelement jeweils ein Lastschaltelemente, wie beispielsweise eine Reibkupplung, umfassen.
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Das Getriebe ist weiter dazu eingerichtet, für den Betrieb mit einem ersten Antriebsaggregat 8 über die Eingangswelle 10 gekoppelt oder verbunden zu werden. In der 1 ist dazu dargestellt, dass die Welle des Antriebsaggregates 8 mit der Eingangswelle 10 verbunden ist. Das zweite Antriebsaggregat 9, insbesondere eine elektrische Maschine, ist für den Betrieb des Getriebes 100 wie in der 1 dargestellt mittels eines Stirnrads 15 mit einer weiteren Welle 10a verbunden. Über diese weitere Welle 10a ist das zweite Antriebsaggregat 9 mit dem Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 und mit dem Hohlrad H3 des dritten Planetengetriebes 7 gekoppelt oder verbunden.
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Nicht dargestellt in 1 sind beispielweise ein optionales weiteres Stirnrad an der Ausgangswelle 11. Für eine Optimierung der Übersetzungsverhältnisse kann die Ausgangswelle 11 beispielsweise über einen Abtrieb, insbesondere einen Stirnradsatz, beispielsweise mit einem Differential verbunden werden, über welches die Bewegungen auf die Räder 310 übertragen werden.
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Für die Ansteuerung der Schaltelemente ist eine Ansteuerung 50 vorgesehen, die das Verfahren zum Betrieb der Hybridantriebsanordnung mit dem Getriebe ausführt. Mittels der Pfeile an der Ansteuerung 50 sind die Steuerleitungen zwischen der Ansteuerung 50 und den Schaltelementen SE1...SE4 angedeutet. Diese Steuerleitungen sind für eine verbesserte Darstellung nicht vollständig eingezeichnet. Die Kommunikation zwischen den Schaltelementen und der Vorrichtung kann jedoch auch mittels eines BUS-Systems oder kabellos erfolgen.
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2 zeigt eine Schaltmatrix des Getriebes. In den Spalten sind die einzelnen Schaltelemente SE1...SE4 angegeben und in der letzten Spalte beispielhaft ein sich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ergebendes ungefähres Übersetzungsverhältnis i. In den Zeilen sind die unterschiedlichen Gangstufen, Gänge oder Betriebsmodi des Getriebes angegeben. Mittels Kreuze ist in der Schaltmatrix dargestellt, welches der Schaltelemente aktiviert sein muss, damit sich der entsprechende Gang oder Betriebsmodus einstellt. Mit Aktivierung der Schaltelemente ist hierbei insbesondere gemeint, dass eine Kupplung geschlossen wird oder eine Bremse betätigt wird, sodass über die Kupplung eine Kraft von einer Welle auf eine weitere Welle übertragen werden kann und mittels der Bremse eine Kraft auf einen Fixpunkt, insbesondere das Getriebegehäuse, übertragen werden kann.
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Aus der Schaltmatrix ist ersichtlich, dass sich je nach Kombination der vier Schaltelemente sechs Gänge G1...G5, R einstellen lassen, wobei der erste Gang G1 das höchste Übersetzungsverhältnis und der fünfte Gang G5 das niedrigste Übersetzungsverhältnis aufweist. Der Gang R ist der Rückwärtsgang. Bei diesen Gängen liegt zwischen Eingangs- und Ausgangswelle ein festes Drehzahlverhältnis entsprechend der Übersetzung an und ein erstes und ein zweites Antriebsaggregat treiben entweder jeweils einzeln oder zusammen die Ausgangswelle 11 an. Insbesondere sind dies verbrennungsmotorische oder hybridische Gänge, beispielsweise wenn das Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine ist. Diese Gänge ermöglichen auch eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors, so dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden kann und ein Laden einer Batterie während des Betriebs, insbesondere Fahrbetrieb eines Fahrzeugs, erfolgen kann.
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In der folgenden Zeile der Matrix schließt sich der Gang E1 oder Betriebsmodi an, in denen nur das zweite Antriebsaggregat 9 mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist. Hierzu müssen insbesondere das dritte und das vierte Schaltelement SE3, SE4 geöffnet sein, damit keine Verbindung zum ersten Antriebsaggregat 8 besteht. Dieser ist insbesondere ein elektromotorischer Gang, beispielsweise wenn das zweite Antriebsaggregat 9 eine elektrische Maschine ist. Vorteilhaft kann in diesem Gang ein Fahrzeug lokal emissionsfrei betrieben werden.
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Ein weiterer Modus CH, oder auch Standladen genannt, ergibt sich, wenn nur das dritte Schaltelement SE3 geschlossen ist und alle weiteren drei Schaltelemente SE1, SE2, SE4 geöffnet sind. Die Antriebsaggregate 8 und 9 werden dabei miteinander gekoppelt, wobei keine Verbindung zur Ausgangswelle 11 besteht. In diesem Betriebsmodus kann während des Stillstands der Ausgangswelle, insbesondere eines Fahrzeugs, mittels des ersten Antriebsaggregates 8 das zweite 9 angetrieben werden, beispielsweise generatorisch zum Laden einer elektrischen Energiequelle 70, beispielsweise eine Batterie, verwendet werden. Alternativ kann mittels des zweiten Antriebsaggregates 9 auch das erste Antriebsaggregat 8 angetrieben werden und beispielsweise ein Verbrennungsmotorstart oder eine Diagnose des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, falls das erste Antriebsaggregat 8 ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat 9 eine elektrische Maschine ist.
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Durch Schließen des zweiten Schaltelementes SE2, des dritten Schaltelements SE3 und entsprechendem Öffnen des ersten und des vierten Schaltelements SE1, SE4 ergibt sich ein leistungsverzweigter Betrieb, der eCVT-Modus, welcher eine voneinander unabhängige Vortriebsleistung an der Ausgangswelle 11 und Ladeleistung des zweiten Antriebsaggregates 9 ermöglicht. Insbesondere eignet sich dieser Betriebsmodus zum hybridischen Anfahren bei niedrigem Batterieladezustand, da ein stufenloses Verändern der Übersetzungsverhältnisse und damit insbesondere stufenloses Beschleunigen bei gleichzeitigem generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregates 9 möglich ist.
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3 zeigt eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der schaltbaren Gänge. Auf der linken Seite ist der elektromotorische Gang E1 und auf der rechten Seite die sechs verbrennungsmotorischen Gänge G1...G5, R dargestellt. Dabei symbolisiert der durchgezogene Pfeil zugkraftunterbrechungsfreie Übergänge und der gestrichelte Pfeil schaltbare Übergänge zwischen zwei Gängen. So ist es bei den verbrennungsmotorischen Gänge G1 bis R es immer möglich in den nächsthöheren Gang zu schalten. Des Weiteren kann vom ersten Gang G1 in den dritten Gang G3 und vom dritten Gang G3 in den fünften Gang G5 sowie vom zweiten Gang G2 in den vierten Gang G4 und von dem vierten Gang G4 in der sechsten Gang R zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Vom ersten Gang G1 und vom zweiten Gang G2 kann jeweils zugkraftunterbrechungsfrei in den sechsten Gang R, den Rückwärtsgang, geschalten werden.
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Weiter kann vom elektromotorischen Gang E1 der Verbrennungsmotor im dritten Gang G3 gestartet werden, ohne dass ein zusätzlicher Anlasser notwendig ist, ein sogenannter Komfortstart. Ein Komfortstart zeichnet sich dadurch aus, dass der Start zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt. Vom elektromotorischen Gang E1 kann der Verbrennungsmotor auch im ersten Gang G1 oder im zweiten Gang G2 gestartet werden. Allerdings ist diese Startvorgänge dann nicht so komfortabel wie ein Start in den dritten verbrennungsmotorischen Gang G3.
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4 zeigt ein Fahrzeug 300 mit Rädern 310, wobei das Fahrzeug eine Hybridantriebsanordnung 200, wie oben beschrieben, umfasst.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung 200 mit einem Getriebe 100. Mit Schritt 405 startet das Verfahren. In Schritt 410 wird ein Betriebsvorgabesignal BV ermittelt und in Schritt 420 mindestens eines der Schaltelemente SE1...SE4 zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes 100 in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals BV angesteuert. Mit Schritt 425 endet das Verfahren. Das Betriebsvorgabesignal BV ist hierbei entweder ein Parameter für eine physikalische Größe im Getriebe 100 wie z.B. ein Drehmoment oder eine Drehzahl oder eine zu übertragende Leistung, welche an einer Komponente des Getriebes 100 anliegen oder übertragen werden soll. Diese Komponenten sind insbesondere Eingangswelle 10, Ausgangswelle 11 aber auch die Parameter an den Antriebsaggregaten 7, 8 oder den Schaltelementen SE1...SE4. Darüber hinaus kann das Betriebsvorgabesignal BV auch einen bestimmten Betriebsmodus wie einen der sechs verbrennungsmotorischen Gänge G1...G5, R oder der elektromotorische Gang E1, welche nur mit dem zweiten Antriebsaggregat betrieben werden, oder auch die besonderen Funktionen eCVT oder Standladen CH darstellen. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals BV werden die Schaltelemente SE1 bis SE4 entsprechend der Schaltmatrix angesteuert, um das Getriebe 100 in den entsprechenden Gang oder Betriebsmodus zu schalten. Für eine zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen den einzelnen Gängen oder Betriebsmodi ist es notwendig, dass eines der Schaltelemente SE1...SE4 seinen Zustand vor und nach der Schaltung beibehält, wobei ein weiteres Schaltelement während des Schaltens aus dem geöffneten in den geschlossenen Zustand übergeht, während ein anderes aus dem geschlossenen in den geöffneten Zustand übergeht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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