DE102019212145A1

DE102019212145A1 - Getriebeanordnung, Hybrid-Getriebeanordnung, Hybrid-Antriebsstrang sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019212145A1
Application number: DE102019212145.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Martin Brehmer; Peter Ziemer; Thomas Kroh; Fabian Kutter; Oliver BAYER; Johannes Kaltenbach; Matthias Horn; Michael Wechs; Thomas Martin; Juri Pawlakowitsch; Max Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-02-18
Also published as: WO2021028218A1; CN114222875A; US20220274480A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle (12, 38) und wenigstens einer Vorgelegewelle (26, 28), wobei auf der Vorgelegewelle (26) ein Anbindungszahnrad (24) zur Anbindung eines Differenzials (34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungszahnrad (24) mit einem Zahnrad (22) zur Bildung einer Gangstufe (G4) verbunden ist.Daneben betrifft die Erfindung eine Hybrid-Getriebeanordnung.Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang.Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle und wenigstens einer Vorgelegewelle, wobei auf der Vorgelegewelle ein Anbindungszahnrad zur Anbindung eines Differenzials angeordnet ist.
Bei bekannten Getrieben in Vorgelegebauweise wird ausgehend von einer Getriebeeingangswelle eine Übersetzung des Drehmoments und/oder der Drehzahl zu einer Vorgelegewelle dadurch erreicht, dass eine Stirnradstufe ausgewählt ist, indem ein Losrad mit einer Welle drehfest verbunden ist und eine entsprechende Übersetzung bewirkt. Außerdem ist es bekannt, dass Gangstufen als Übersetzungsstufen wenigstens ein Festrad und ein Losrad aufweisen. Als weitere Übersetzungsstufen sind Konstantübersetzungen bekannt. Diese weisen zwei Festräder auf und wirken bei allen Gängen, die zusammen mit einer Vorgelegewelle gebildet werden.
Dabei besteht die Aufgabe, eine Getriebeanordnung anzugeben, die in radialer Richtung möglichst kompakt baut.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass bei einer Getriebeanordnung der eingangs genannten Art das Anbindungszahnrad mit einem Zahnrad zur Bildung einer Gangstufe verbunden ist. Das Anbindungszahnrad ist also gleichzeitig ein Gangzahnrad. Dadurch kann ein Zahnrad zur Bildung einer Gangstufe eingespart werden, wodurch sich der Bauraum in axialer Richtung verringern lässt. Diese Ersparnis kann grundsätzlich bei jeder Art von Getriebe mit mehreren Wellen erreicht werden, bei der über das Anbindungszahnrad zur Anbindung des Differenzials gleichzeitig eine Gangstufe hergestellt wird. Die Verbindung besteht dabei dahingehend, dass das Anbindungszahnrad und das Zahnrad miteinander kämmen.
Dabei ist es grundsätzlich irrelevant, ob sich das Zahnrad zur Bildung der Gangstufe mit dem Anbindungszahnrad auf der Getriebeeingangswelle oder einer Zwischenwelle befindet. Als Vorgelegewelle ist in der vorliegenden Anmeldung diejenige Welle definiert, die das Anbindungszahnrad trägt.
Vorzugsweise kann das Anbindungszahnrad als Festrad ausgebildet sein. Dann kann das Zahnrad zur Bildung der Gangstufe, das mit dem Anbindungszahnrad in Eingriff steht, als Losrad ausgebildet sein. Mit der Ausbildung des Anbindungszahnrads als Festrad wird zwischen der Vorgelegewelle und dem Differenzial eine Konstantstufe gebildet.
Bevorzugt kann das Zahnrad zur Bildung der Gangstufe auf der Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Getriebeanordnung selbstverständlich bevorzugt als Gangwechselgetriebe ausgebildet ist und mehr als eine Gangstufe aufweist. Wenn im Folgenden aber von einer Gangstufe gesprochen wird, wird, falls keine anderen Hinweise gegeben werden, von der Gangstufe ausgegangen, die das Anbindungszahnrad aufweist.
Vorteilhafterweise kann das Anbindungszahnrad in einem mittleren Bereich der Vorgelegewelle angeordnet sein. Bei bekannten Radsatzanordnungen liegt das Anbindungszahnrad oft am Ende der Vorgelegewelle, um eine kompakte Anordnung der Radsatzebenen dahingehend zu erreichen, dass Losräder räumlich nahe beieinander positioniert werden können, so dass die Schaltkupplungen der Losräder bevorzugt als zweiseitige Schaltkupplungen und damit kompakt bauend ausgestaltet werden können. Wenn das Anbindungszahnrad aber selbst Teil der Gangräder ist, so ist eine derartige Anordnung nicht mehr zwingend bevorzugt. Vielmehr hat sich herausgestellt, dass eine Anordnung des Anbindungszahnrades bei einer Verwendung als Gangzahnrad bevorzugt im mittleren Bereich liegt.
Vorteilhafterweise kann die Getriebeanordnung eine zweite Vorgelegewelle aufweisen, auf der ein zweites Anbindungszahnrad zur Anbindung des Differenzials angeordnet ist. Wird im Folgenden von zwei Vorgelegewellen ausgegangen und zwei Anbindungszahnrädern, dann ist das Anbindungszahnrad, das auch ein Gangzahnrad ist, das erste Anbindungszahnrad.
Bevorzugt liegen das erste Anbindungszahnrad und das zweite Anbindungszahnrad in einer Radsatzebene. Dann kämmt das zweite Anbindungszahnrad ausschließlich mit einem einzigen weiteren Zahnrad, nämlich den, dass das Differenzial anbindet. Das Vorsehen eines weiteren Losrades insbesondere auf der Getriebeeingangswelle ist nicht möglich. Trotzdem lässt sich dadurch eine sehr kompakte axiale Bauweise des Getriebes realisieren, da die Anbindungszahnräder und ein Losrad in einer Radsatzebene liegen.
Vorteilhafterweise kann die Getriebeanordnung eine zweite Getriebeeingangswelle aufweisen. Diese kann in einer ersten Alternative auf der gleichen Achse und axial versetzt zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Getriebeeingangswelle auf der ersten Getriebeeingangswelle gelagert sein. Sie ist dann als Hohlwelle ausgebildet und umgreift die erste Getriebeeingangswelle in einem vorgegebenen Bereich.
Vorzugsweise sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle durch eine Verbindungskupplung verbunden. Solange die Kupplung geöffnet ist, sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle unabhängig voneinander drehbar. Erst durch das Schließen der Kupplung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle drehfest miteinander verbunden.
Bevorzugt können die Verbindungskupplung zur Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle sowie eine Schaltkupplung zur Verbindung des Zahnrads mit einer Welle in einer zweiseitigen Schalteinrichtung angeordnet sein. Das Zahnrad ist das Zahnrad zur Bildung einer Gangstufe zusammen mit dem Anbindungszahnrad.
Bevorzugt kann die Getriebeanordnung als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein. Sie hat dann wenigstens zwei diskrete Gangstufen.
Bevorzugt kann das Gangwechselgetriebe wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Teilgetriebe aufweisen. Dies ermöglicht eine erhöhte Funktionalität wie beispielsweise Zugkraftunterstützung beim Gangwechsel, insbesondere beim Verbrennungsmotor oder einem elektrischen Gangwechsel.
Bevorzugt kann wenigstens eines der Teilgetriebe als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein, insbesondere können alle Teilgetriebe als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann ein Teilgetriebe genau zwei Gangstufen aufweisen. Weiter bevorzugt kann das weitere Teilgetriebe genau drei Gangstufen aufweisen. Vorteilhafterweise weist das Gangwechselgetriebe Zahnräder und Schalteinrichtungen auf. Die Zahnräder sind bevorzugt als Stirnräder gebildet.
Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als Standgetriebe ausgebildet. Bei Standgetrieben sind die Achsen aller Zahnräder in Betrieb relativ zum Getriebegehäuse fest.
Weiterhin kann das Getriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltet sein. Es weist dann zwei Getriebeeingangswellen auf. Vorteilhafterweise weist die Getriebeanordnung genau zwei Vorgelegewellen auf. Dadurch kann eine sehr kompakte Anordnung der Zahnräder und Falteinrichtungen in axialer Richtung erzielt werden, wodurch die Anbindung eines Elektromotors erleichtert wird, wie weiter unten beschrieben wird.
Eine Gangstufe ist in der vorliegenden Erfindung wie eingangs bereits beschrieben eine mechanisch realisierte Übersetzung zwischen zumindest zwei Wellen. Die Gesamtübersetzung zwischen Verbrennungsmotor oder Antriebseinrichtungen und Rad weist weitere Übersetzungen auf, wobei die Übersetzungen vor einer Gangstufe, die sogenannten Vorübersetzung, vom verwendeten Abtrieb abhängen können. Die Nachübersetzungen sind üblicherweise gleich. In einer weiter unten gezeigten Ausführungsform wird die Drehzahl und das Drehmoment einer Antriebseinrichtung mehrmals übersetzt, nämlich durch wenigstens ein Zahnradpaar zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und einer Getriebeeingangswelle. Dies ist eine Vorübersetzung. Dann folgt ein Zahnradpaar, auch Radsatz genannt, einer Gangstufe mit einer von der Gangstufe abhängigen Übersetzung. Schließlich folgt ein Zahnradpaar zwischen Vorgelegewelle und Differenzial als Nachübersetzung. Ein Gang weist dann eine Gesamtübersetzung auf, die vom Antrieb und der Gangstufe abhängt. Ohne weitere Angaben bezieht sich ein Gang dann auf die eingesetzte Gangstufe.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die aufsteigenden Ziffern der Gangstufen wie üblich über eine sinkende Übersetzung verweisen. Eine erste Gangstufe G1 hat eine größere Übersetzung als eine zweite Gangstufe G2 etc.
Wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor über eine erste Gangstufe G1 übertragen, so wird dies als verbrennungsmotorischer Gang V1 bezeichnet. Übertragen die Antriebseinrichtung und der Verbrennungsmotor gleichzeitig über die erste Gangstufe G1 Drehmoment, wird dies als hybridischer Gang H11 bezeichnet. Überträgt nur die Antriebseinrichtung Drehmoment an die erste Gangstufe G1, wird von einem elektrischen Gang E1 gesprochen. Vorteilhafterweise weist die Getriebeanordnung wenigstens vier Gangstufen auf.
Bevorzugt weist die Getriebeanordnung zwei Radsatzebenen weniger auf als Gangstufen. Bei fünf Gangstufen sind dies drei Radsatzebenen. Dabei ist die Radsatzebene zur Anbindung des Differenzials mitgezählt.
In einer ersten Alternative können alle Gangstufen verbrennungsmotorisch und elektrisch benutzt werden. Dadurch kann eine maximale Anzahl an Gängen bei einer geringen Anzahl von Gangstufen erhalten werden. In einer zweiten Alternative ist wenigstens ein, insbesondere genau eine, Gangstufe alleine dem Verbrennungsmotor des Antriebsstrangs zugeordnet. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine Gangstufe alleine der Antriebseinrichtung oder einer der Antriebseinrichtungen der Getriebeeinrichtung zugeordnet ist. Bevorzugt sind alle weiteren Gangstufen zur Drehmomentübertragung sowohl des Verbrennungsmotors als auch einer oder beider Antriebseinrichtungen verwendbar. Die Zuordnung und Verwendbarkeit ergibt sich dabei aus der erzeugten Übersetzung einer Gangstufe.
Bevorzugt kann die Getriebeeinrichtung frei von einem Umkehr-Zahnrad zur Richtungsumkehr ausgebildet sein. Weiterhin kann die Getriebeeinrichtung frei von einer Rückwärtsgangwelle ausgebildet sein. Dementsprechend wird der Rückwärtsgang nicht über den Verbrennungsmotor erzeugt sondern mittels einer der Antriebseinrichtungen.
Vorteilhafterweise können auf der Getriebeeingangswelle Zahnräder wenigstens einer geraden Gangstufe und einer ungeraden Gangstufe angeordnet sein. Insbesondere kann auf der ersten Getriebeeingangswelle ein Festrad angeordnet sein, das mit zwei Losrädern in Eingriff steht. Mit diesem Festrad können insbesondere die dritte Gangstufe G3 und die vierte Gangstufe G4 gebildet werden.
Weiterhin kann auf der ersten Getriebeeingangswelle ein Losrad angeordnet sein. Das Losrad ist bevorzugt das Zahnrad zur Bildung der Gangstufe mit dem Anbindungszahnrad bei der Vorgelegewelle.
Vorteilhafterweise kann auf der zweiten Getriebeeingangswelle ein einziges Zahnrad, insbesondere Gangrad, angeordnet sein. Insbesondere kann auf der zweiten Getriebeeingangswelle ein Festrad angeordnet sein. Das Festrad auf der zweiten Vorgelegewelle kann ebenfalls mit zwei Losrädern zur Bildung zweier Gangstufen kämmen.
In einer ersten Alternative kann die erste Getriebeeingangswelle mit einem Verbrennungsmotor direkt verbindbar oder verbunden sein. Direkt verbunden bezeichnet eine kupplungsfreie Verbindung. In einer zweiten Alternative kann der Ausgang eines Verbrennungsmotors über eine Kupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden sein. In beiden Alternativen kann zwischen einer Kurbelwelle als Ausgang eines Verbrennungsmotors und der oder der ersten Getriebeeingangswelle eine Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Die Dämpfungseinrichtung kann ein Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder einer Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann eine Verbindungskupplung zur Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle vorgesehen sein. Diese dient zur Kopplung der Teilgetriebe. Sie ist aber auch eine Kupplung zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor, wobei die Verbindung über die erste Getriebeeingangswelle verläuft.
Vorzugsweise kann die Verbindungskupplung am in das Getriebe weisenden Ende der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Durch die Anordnung der Verbindungskupplung beispielsweise in einer zweiseitigen Schalteinrichtung kann ein kompakter Aufbau des Getriebes erzielt werden.
In der vorliegenden Erfindung wird unter einer Schalteinrichtung eine Anordnung mit einem oder zwei Schaltelementen verstanden. Die Schalteinrichtung ist dann einseitig oder zweiseitig ausgebildet. Ein Schaltelement kann eine Kupplung oder eine Schaltkupplung sein. Eine Kupplung dient der drehfesten Verbindung zweier Wellen und einer Schaltkupplung der drehfesten Verbindung einer Welle mit einer auf ihr drehbare gelagerten Nabe, beispielsweise einem Losrad. Die Verbindungskupplung ist dementsprechend wie eine Schaltkupplung und bevorzugt auch als ein Teil einer Schalteinrichtung ausgebildet und wird alleine deswegen Kupplung genannt, weil sie zwei Wellen miteinander verbindet.
Vorzugsweise kann zumindest ein Teil der Kupplungen und/oder Schaltkupplungen als Klauenkupplung ausgebildet sein. Insbesondere können alle Kupplungen und Schaltkupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sein.
Weiterhin kann die Getriebeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweisen. Diese ist dazu ausgebildet, das Getriebe wie beschrieben zu steuern.
Daneben betrifft die Erfindung eine Hybrid-Getriebeeinrichtung umfassend wenigstens eine Antriebseinrichtung und eine Getriebeeinrichtung. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Getriebeeinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorzugsweise kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Antriebseinrichtungen aufweisen. Als eine Antriebseinrichtung zählt dabei eine Anordnung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen, die an einer bestimmten Stelle der Hybrid-Getriebeeinrichtung angreifen. D.h. dass bspw. bei Ausbildung der Antriebseinrichtungen als Elektromotoren auch mehrere kleine Elektromotoren als ein Elektromotor angesehen werden, wenn sie ihr Drehmoment an einem einzigen Ausgangspunkt summieren.
Vorteilhafterweise kann sowohl der ersten Getriebeeingangswelle als auch der zweiten Getriebeeingangswelle jeweils wenigstens eine Antriebseinrichtung zugeordnet sein. Die über die erste Getriebeeingangswelle und die über die zweite Getriebeeingangswelle realisierten Gänge bilden jeweils ein Teilgetriebe. Man kann also auch sagen, dass jedem Teilgetriebe wenigstens eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Teilgetriebe auf.
Bevorzugt ist wenigstens eine der Antriebseinrichtungen als Generator ausgebildet. Vorzugsweise sind die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung sowohl als Motor als auch als Generator ausgebildet.
Vorzugsweise ist eine Antriebseinrichtung an eine axial außen gelegene Gangstufe, genauer gesagt an eines der Zahnräder der Gangstufe, des Getriebes angebunden.
An dieser Stelle sei festgestellt, dass in der vorliegenden Erfindung eine Verbindung oder Wirkverbindung jegliche kraftflussmäßige Verbindung auch über andere Bauteile des Getriebes hinweg bezeichnet. Eine Anbindung bezeichnet dagegen den ersten Verbindungspunkt zur Antriebsmomentübertragung zwischen Antriebseinrichtung und Getriebe.
Eine Anbindung an eine Gangstufe, also eines ihrer Gangzahnräder, kann dabei über ein Zahnrad erfolgen. Gegebenenfalls ist ein zusätzliches Zwischenrad erforderlich, um den Achsabstand zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und der Getriebeeingangswelle bzw. dem auf ihr gelagerten Zahnrad zu überbrücken.
Durch die Anbindung der Antriebseinrichtung an ein Gangzahnrad kann eine weitere Radebene, die nur zur Anbindung der Antriebseinrichtung vorhanden wäre, vermieden werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eines, insbesondere genau eines, der axial äußeren Gangräder, die auf der Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet sind, als Festrad ausgebildet sein.
Bevorzugt kann eine Antriebseinrichtung an die zweite und dritte Gangstufe angebunden sein.
Vorzugsweise kann die zweite Antriebseinrichtung in allen verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen und/oder während verbrennungsmotorischer Gangwechsel mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein. Dann besteht während einer verbrennungsmotorischen Fahrt eine konstante Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und der zweiten Antriebseinrichtung. Vorzugsweise kann die zweite Antriebseinrichtung in allen Vorwärtsgängen zumindest zeitweise als Generator verwendet werden.
Vorzugsweise kann die erste Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Vorwärts-Anfahren verwendet werden. Dabei kann die zweite Antriebseinrichtung vorteilhafterweise mit den Gangrädern des ersten Ganges gekoppelt sein. Dann wird das Anfahren immer von der ersten Antriebseinrichtung übernommen. Die erste Antriebseinrichtung kann bevorzugt als einzige Antriebsquelle zum Anfahren verwendet werden. Ebenso kann die erste Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Rückwärtsfahren verwendet werden. Bevorzugt kann auch hier vorgesehen sein, dass die erste Antriebseinrichtung die einzige Antriebsquelle beim Rückwärtsfahren ist. Dann gibt es weder verbrennungsmotorische noch hybridische Rückwärtsgänge.
Vorzugsweise kann eine Antriebseinrichtung achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Sie ist dann vorzugsweise auch achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle und zu den Vorgelegewellen. Unter einer achsparallelen Anordnung werden in der vorliegenden Erfindung nicht nur vollständig parallele Anordnungen verstanden, es kann auch eine Neigung bzw. ein Winkel zwischen der Längsachse der Getriebeeingangswellen und der Längsachse des Elektromotors vorliegen. Vorzugsweise ist ein Winkel zwischen der Längsachse eines Elektromotors und der Längsachse der Getriebeeingangswellen kleiner gleich 10°, weiter vorzugsweise kleiner als 5° und insbesondere 0° vorgesehen. Leichte Schrägstellungen der Antriebseinrichtungen im Vergleich zum Getriebe können sich aus Bauraumgründen ergeben.
Weiterhin kann die andere Antriebseinrichtung koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle und/oder zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Bevorzugt können die Anbindungsstelle des Verbrennungsmotors und die Anbindungsstelle der koaxialen Antriebseinrichtung an entgegengesetzten Enden der Hybrid-Getriebeeinrichtung angeordnet sein.
Bevorzugt können die koaxiale Antriebseinrichtung und die Anbindungsstelle des Verbrennungsmotors an unterschiedlichen Getriebeeingangswellen angeordnet sein. Dann sind die koaxiale Antriebseinrichtung und der Verbrennungsmotor unterschiedlichen Teilgetrieben zugeordnet.
Die achsparallele Antriebseinrichtung kann in axialer Richtung bevorzugt auf gleicher Höhe wie das Gangwechselgetriebe angeordnet sein. Bevorzugt kann der Überlapp in axialer Richtung mehr als 75% betragen, vorteilhafterweise ist er 100%. Hier ermittelt sich der Überlapp anhand des Gehäuses der Antriebseinrichtung. Die Ausgangswelle der Antriebseinrichtung ist nicht berücksichtigt.
Vorzugsweise können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet sein. Elektromotoren sind verbreitet in Hybrid-Getriebeeinrichtungen.
Alternativ oder zusätzlich können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung als Fluidkraftmaschine ausgebildet sein. Es gibt neben Elektromotoren andere Kraftmaschinen, deren Einsatz in Hybrid-Getriebeeinrichtungen denkbar ist. Diese können ebenfalls motorisch, also unter Energieverbrauch, oder generatorisch, also energieumwandelnd, betrieben werden. Im Fall einer Fluidkraftmaschine ist der Energiespeicher bspw. ein Druckspeicher. Die Energieumwandlung besteht dann im Wandeln der Energie aus dem Verbrennungsmotor in einen Druckaufbau.
Vorteilhafterweise können die erste Antriebseinrichtung und die zweite Antriebseinrichtung unter Last geschaltet werden. Unter einer Lastschaltung wird hier wie üblich verstanden, dass am Abtrieb der Hybrid-Getriebeeinrichtung während eines Gangwechsels bspw. der ersten Antriebseinrichtung keine Zugkraftunterbrechung auftritt. Eine Verringerung des am Abtrieb vorhandenen Drehmomentes ist möglich, aber keine vollständige Unterbrechung.
Dadurch kann das Kraftfahrzeug durchgehend in großen Geschwindigkeitsbereichen bspw. ausschließlich elektrisch gefahren werden, wobei die Übersetzung, also der Gang, jeweils im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment der Antriebseinrichtung optimiert gewählt sind.
Bevorzugt kann die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb abgeben, während die erste Antriebseinrichtung geschaltet wird. Mit anderen Worten wird die Gangstufe gewechselt, über die die erste Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb überträgt.
Vorzugsweise kann die erste Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb abgeben, während die zweite Antriebseinrichtung geschaltet wird. D.h. dass die Gangstufe gewechselt wird, über die die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb überträgt. Man kann also auch sagen, dass die Antriebseinrichtungen untereinander lastschaltbar sind. Der Verbrennungsmotor muss also nicht gestartet werden für Gangwechsel während einer elektrischen Fahrt.
Bevorzugt kann wenigstens eine der Antriebseinrichtungen über eine P3-Anbindung an das Getriebe angebunden sein. Bei einer P3-Anbindung greifen die Antriebseinrichtungen zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle am Getriebe an.
Vorteilhafterweise können beide Antriebseinrichtungen über maximal vier Zahneingriffe mit einem Differential wirkverbunden sein. Dadurch wird ein guter Wirkungsgrad erreicht.
Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung Der Hybrid-Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorzugsweis kann der Hybrid-Antriebsstrang wenigstens eine elektrische Achse, insbesondere Hinterachse, aufweisen. Dieser Aufbau ist bevorzugt mit einer einzigen Antriebseinrichtung in der Hybrid-Getriebeeinrichtung angeordnet. Eine elektrische Achse ist dabei eine Achse mit einem dieser zugeordneten Elektromotor. Die Abgabe von Antriebsmoment durch den Elektromotor der elektrischen Achse erfolgt also im Kraftfluss erst hinter der Hybrid-Getriebeeinrichtung. Bevorzugt ist die elektrische Achse eine Montageeinheit. Die Montageeinheit kann auch ein eigenes Getriebe zur Übersetzung des Antriebsmomentes des Elektromotors der elektrischen Achse aufweisen. Dieses ist vorzugsweise als Gangwechselgetriebe ausgestaltet.
Bei der Verwendung einer elektrischen Achse kann diese das Antriebsmoment abstützen.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung oder einem Hybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung oder der Hybrid-Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Hybrid-Getriebeeinrichtung als Front-Quer-Getriebeeinrichtung im Kraftfahrzeug anordnet.
Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hybrid-Getriebeeinrichtung auf. Die Steuerungseinrichtung kann also Teil der Hybrid-Getriebeeinrichtung sein, muss es aber nicht.
Vorzugsweise ist im Kraftfahrzeug eine Batterie angeordnet, die einen elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für wenigstens 15 Minuten ermöglicht. Alternativ kann für einen rein elektrischen Betrieb der Verbrennungsmotor mit einem der Elektromotoren als Generator Strom erzeugen, der direkt an den anderen Elektromotor geht.
Weiterhin kann das Kraftfahrzeug einen Druckspeicher aufweisen. Dieser kann zum Betrieb einer Fluidkraftmaschine verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Beschreibung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug,
2 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer ersten Ausführungsform,
3 eine erste Schaltmatrix zu 2,
4 eine zweite Schaltmatrix zu 2,
5 eine dritte Schaltmatrix zur 2,
6 ein Schaltbild zu 2,
7 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
8 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer dritten Ausgestaltung,
9 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer vierten Ausgestaltung, und
10 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer fünften Ausgestaltung.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung 3. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 umfasst wie weiter unten detaillierter beschrieben wird auch einen Elektromotor, sodass sie als Montageeinheit verbaut werden kann. Dies ist aber nicht zwingend, grundsätzlich kann der Radsatz auch ohne bereits angeschlossenen Elektromotor eine Montageeinheit bilden. Zur Steuerung der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 ist eine Steuerungseinrichtung 4 vorhanden. Diese kann Teil der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 oder des Kraftfahrzeugs 1 sein.
Der Hybrid-Antriebsstrang 5 kann neben dem Verbrennungsmotor 2 und der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 auch wenigstens eine elektrische Achse 6 aufweisen. Die elektrische Achse 6 ist bevorzugt an die Hinterachse, wenn die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 als Front-Quer-Getriebe angeordnet ist und die Vorderachse 7 antreibt und umgekehrt.
2 zeigt eine Hybrid-Getriebeanordnung 8 in einer ersten Ausführungsform. Die Hybrid-Getriebeanordnung 8 ist dabei eine mögliche Ausgestaltung der Hybrid-Getriebeanordnung 3 nach 1.
Die Hybrid-Getriebeanordnung 8 wird ausgehend vom Verbrennungsmotor 2 bzw. dessen Kurbelwelle 9 beschrieben. Die Hybrid-Getriebeanordnung 8 ist über eine Dämpfungseinrichtung 10 an die Kurbelwelle 9 angeschlossen. Die Dämpfungseinrichtung 10 kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein und der Tilger kann als Drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
Die erste Getriebeeingangswelle 12 ist dann über eine Trennkupplung K0 mit der Dämpfungseinrichtung 10 verbunden. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 12 befindet sich ein einziges Festrad 14, das mit zwei Losrädern 16 und 18 sowie einem Zahnrad eines Elektromotors EM2 kämmt. Statt mit einem Zahnrad 20 auf der Ausgangswelle des Elektromotors EM2 direkt kann das Festrad 14 auch mit einem zwischengeschalteten Zwischenrad zum Zahnrad 20 kämmen.
Auf der ersten Getriebeeingangswelle 12 ist weiterhin ein Losrad 22 angeordnet, das mit einem Anbindungszahnrad 24 kämmt und dabei gleichzeitig eine Gangstufe G5 bildet. Diese realisiert die Übersetzungsstufe i5. Das Anbindungszahnrad 24 ist wie das Losrad 18 auf der Vorgelegewelle 26 gelagert. Neben der ersten Vorgelegewelle 26 weist die Hybrid-Getriebeanordnung 8 weiterhin eine zweite Vorgelegewelle 28 auf.
Auf der zweiten Vorgelegewelle 28 ist ebenfalls ein Anbindungszahnrad 30 angeordnet. Das Zahnrad 32 des Differenzials 34 kämmt dabei sowohl mit dem ersten Anbindungszahnrad 24 und dem zweiten Zahnrad 30.
Auf der ersten Vorgelegewelle 26 ist neben dem Losrad 18 und dem Anbindungszahnrad 24 noch ein zweites Losrad 32 angeordnet.
Auf der zweiten Vorgelegewelle 28 ist neben dem zweiten Anbindungszahnrad und dem Losrad 16 weiterhin das Losrad 37 angeordnet. Dementsprechend sind die Vorgelegewellen 26 und 28 im Hinblick auf die Achse A1 der Getriebeeingangswellen symmetrisch angeordnet. Dies gilt nicht nur im Hinblick auf die Festräder und Losräder, sondern auch im Hinblick auf die Schalteinrichtungen S1, S2, S3 und S4 mit den Schaltkupplungen A, B, C und E. Diese sind bevorzugt als einseitige Schalteinrichtungen ausgeführt und weisen jeweils eine einzige Schaltkupplung auf. Alle Schaltkupplungen bzw. Schalteinrichtungen auf den Vorgelegewellen sind dabei auf der Seite des Verbrennungsmotors und die Losräder auf der Seite der ersten elektrischen Maschine EM1 angeordnet.
Auf der Achse der ersten Getriebeeingangswelle 12 und der zweiten Getriebeeingangswelle 38 befinden sich in der Schalteinrichtung S5 die Trennkupplung K0 und in der Schalteinrichtung S6 die Schaltkupplung D und die Verbindungskupplung K3. Die Schalteinrichtung S6 ist damit die einzige zweiseitige Schalteinrichtung der Hybrid-Getriebeanordnung 8. Durch das Schließen der Verbindungskupplung K3 können die erste Getriebeeingangswelle 12 und die zweite Getriebeeingangswelle 38 drehfest miteinander verbunden werden. Dadurch können die mit den Übersetzungsstufen i1 und i2 gebildeten Gangstufen G1 und G1' an den Verbrennungsmotor gekoppelt werden, wobei wie weiter unten beschrieben nur die Gangstufe G1 zur Erzeugung eines verbrennungsmotorischen Ganges V1 verwendet wird. Mit der zweiten Getriebeeingangswelle 38 ist der Elektromotor EM1 drehfest verbunden. Somit kann über die Verbindungskupplung K3 auch eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor EM1 hergestellt werden. Auch können über die Verbindungskupplung K3 der Elektromotor EM1 und der Verbrennungsmotor 2 voneinander entkoppelt werden.
3 zeigt eine Schaltmatrix für die Verbrennungsmotorische Gänge V1 bis V4. Bei diesen ist die Trennkupplung K0 geschlossen. Zum Einlegen der Gänge V2 bis V4 wird lediglich die erste Getriebeeingangswelle verwendet, wobei die Gänge durch das Schließen der Schaltkupplungen B bis D eingelegt werden. Für den ersten Gang wird die erste Gangstufe G1 mit der Übersetzungsstufe i1 eingesetzt. Hierfür muss die Verbindungskupplung K3 ebenso wie die Schaltkupplung A geschlossen sein.
4 zeigt vier elektrische Gänge E1.1 bis E1.4 für den ersten Elektromotor EM1. Zur Darstellung des ersten elektrischen Ganges E1.1 des ersten Elektromotors EM1 wird ebenfalls die Gangstufe G1 verwendet. Dementsprechend ist die Schaltkupplung K geschlossen. Die Trennkupplung K0 kann jedoch zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors 2 geöffnet werden.
Zur Darstellung des zweiten Ganges E1.2 des Elektromotors EM1 wird die Gangstufe G1' verwendet. Dabei bilden das Festrad 40 und das Losrad 36 die Übersetzungsstufe i2. Die Übersetzung der Gangstufe E1' ist kleiner als die der Gangstufe G1, jedoch größer als die Gangstufe G2. Dadurch kann für den ersten Elektromotor EM1 eine verbesserte Übersetzung im zweiten elektrischen Gang E1.2 erhalten werden.
Für den dritten elektrischen Gang E1.3 für den Elektromotor EM1 wird die zweite Gangstufe G2 mit der Übersetzungsstufe i3 verwendet, die wie beschrieben eine kleinere Übersetzung der Gangstufe G1' aufweist. Zur Darstellung des vierten elektrischen Ganges E1.4 der ersten elektrischen Maschine EM1 wird die dritte Gangstufe G3 mit der Übersetzungsstufe i4 verwendet. Bei den elektrischen Gängen E1.3 und E1.4 ist jeweils die Verbindungskupplung K3 zusätzlich zur jeweiligen Schaltkupplung B bzw. C zu schließen.
Die elektrische Maschine EM1 nutzt also die Gangstufen G1 bis G3 und zusätzlich die Zwischenstufe G1' zur Realisierung von vier elektrischen Gängen E1.1 bis E1.4.
5 zeigt eine Schaltmatrix für die zweite elektrische Maschine EM2. Diese setzt im gleichen Teilgetriebe an wie der Verbrennungsmotor 2, weswegen die Schaltmatrix analog ausgebildet ist. Im Unterschied zur Schaltmatrix nach 3 ist allerdings die Trennkupplung K0 geöffnet, um den Verbrennungsmotor und damit Schleppverluste abzukoppeln. Dieselben Gänge wären aber auch bei einem Schließen der Trennkupplung K0 realisiert.
6 zeigt eine Schaltlogik der Hybrid-Getriebeanordnung 8 nach 2. Dabei kann man gut erkennen, dass über das Öffnen der Verbindungskupplung K3 die Gangstufen G1 und G1' angekoppelt werden können. Insbesondere kann auch die elektrische Maschine EM1 über die Verbindungskupplung K3 mit der elektrischen Maschine EM2 oder dem Verbrennungsmotor 2 verbunden werden.
7 zeigt eine weitere Hybrid-Getriebeanordnung 42. Diese ist identisch im Vergleich zu 2 aufgebaut mit der Ausnahme, dass die Trennkupplung K0 entfallen ist. Dann befinden sich auf den Achsen A1, A2 und A3 lediglich fünf Schalteinrichtungen in den Schalteinrichtungs-Ebenen SE1 und SE2.
8 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Hybrid-Getriebeanordnung 44. Im Unterschied zu 2 ist die Trennkupplung K0 als Reibungskupplung ausgestaltet, ansonsten sind die Hybrid- Getriebeanordnung 8 und 44 identisch aufgebaut. Durch die Ausbildung der Trennkupplung K0 als Reibungskupplung kann diese auch unter Last geöffnet werden, beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion beim Verbrennungsmotor 2. Die Trennkupplung K0 kann dann auch unter Differenzdrehzahl geschlossen werden um einen Schwungstart des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine EM2 zu ermöglichen.
9 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer Hybrid-Getriebeanordnung 46. Diese ergibt sich aus der Hybrid-Getriebeanordnung nach 2 dahingehend, dass sowohl die Trennkupplung K0 als auch die zweite elektrische Maschine EM2 entfallen sind. Dementsprechend weist die Schaltmatrix in Abweichung zu 3 keine Trennkupplung auf. Dadurch kann der Verbrennungsmotor 2 nicht mehr abgekoppelt werden. Die Schaltmatrix nach 4 wäre dementsprechend ebenfalls abzuwandeln. Da die zweite elektrische Maschine EM2 entfallen ist, weist die Hybrid-Getriebeanordnung 46 nach 9 keine Schaltmatrix wie in 5 auf.
Der Entfall des Elektromotors EM2 kann dabei auch ausgehend von den Ausgestaltungen nach 7 oder 8 vorkommen. Es besteht also zwingender Zusammenhang zwischen der Verwendung des Elektromotors 2 und der Form der Trennkupplung K0.
10 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer Hybrid-Getriebeanordnung 48. Diese zeigt eine Ausgestaltung, bei der eine HEV-Konfiguration ermöglicht wird. Bei dieser steht nur eine kleine Batterie mit begrenzter Leistung zur Verfügung. Dementsprechend wird die elektrische Maschine EM2 nicht als Fahrmaschine sondern als Generator verwendet. Deswegen wird die elektrische Maschine EM1 mit einer Vorübersetzung in Form eines Planetenradsatzes 50 ausgestattet. Dabei ist das Hohlrad 52 des Planetenradsatzes mit dem Rotor 54 der elektrischen Maschine gekoppelt und die Ausgangswelle 38 mit dem Planetenträger 56. Das Sonnenrad 60 ist fest mit dem Getriebegehäuse 62 verbunden und die Planetenrädere 62 sind frei beweglich angeordnet. Auch bei der Hybrid-Getriebeanordnung 48 ist keine Trennkupplung K0 dargestellt, kann aber in allen gezeigten Ausführungsformen verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Hybrid-Getriebeanordnung
4: Steuerungseinrichtung
5: Hybrid-Antriebsstrang
6: elektrische Achse
7: Vorderachse
8: Hybrid-Getriebeanordnung
9: Kurbelwelle
10: Dämpfungseinrichtung
12: erste Getriebeeingangswelle
14: Festrad
16: Losrad
18: Losrad
20: Zahnrad
22: Losrad
24: Anbindungszahnrad
26: Vorgelegewelle
28: Vorgelegewelle
30: Anbindungszahnrad
32: Zahnrad
34: Differenzial
36: Losrad
37: Losrad
38: zweite Getriebeeingangswelle
40: Festrad
42: Hybrid-Getriebeanordnung
44: Hybrid-Getriebeanordnung
46: Hybrid-Getriebeanordnung
48: Hybrid-Getriebeanordnung
50: Planetenradsatz
52: Hohlrad
54: Rotor
56: Planetenträger
60: Sonnenrad
62: Getriebegehäuse
64: Planetenrad

Claims

Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle (12, 38) und wenigstens einer Vorgelegewelle (26, 28), wobei auf der Vorgelegewelle (26) ein Anbindungszahnrad (24) zur Anbindung eines Differenzials (34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungszahnrad (24) mit einem Zahnrad (22) zur Bildung einer Gangstufe (G4) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad als Losrad (22) ausgebildet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (22) auf der Getriebeeingangswelle (12) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anbindungszahnrad (24) in einem mittleren Bereich der Vorgelegewelle (26) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) eine zweite Vorgelegewelle (28) aufweist, auf der ein zweites Anbindungszahnrad (30) zur Anbindung des Differenzials (34) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anbindungszahnrad (30) und das erste Anbindungszahnrad (24) in einer Radsatzebene (RE2) liegen.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) eine zweite Getriebeeingangswelle (38) aufweist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (12) und die zweite Getriebeeingangswelle (38) durch eine Verbindungskupplung (K3) verbunden sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (K3) zur Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (12) und der zweiten Getriebeeingangswelle (38) und eine Schaltkupplung (D) zur Verbindung des Zahnrads (22) mit einer Welle (12) in einer zweiseitigen Schalteinrichtung (S6) angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) genau zwei Vorgelegewellen (26, 28) aufweist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Vorgelegewelle (26, 28) wenigstens eine Schalteinrichtung (S1, S2, S3, S4) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) genau drei Radsatzebenen (RE1, RE2, RE3) aufweist.
Hybrid-Getriebeanordnung mit einer Getriebeanordnung und wenigstens einer an die Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) angebundenen Antriebseinrichtung (EM1, EM2), dadurch gekennzeichnet, dass die die Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Hybrid-Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) nach Anspruch 13 ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einer Hybrid-Getriebeanordnung und/oder einem Hybrid-Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 8, 42, 44, 46, 48) nach Anspruch 13 und/oder der Hybrid-Antriebsstrang (5) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.