DE102020000798B4

DE102020000798B4 - Hybridelektrischer Antriebsstrang und Lastkraftwagen mit einem solchen

Info

Publication number: DE102020000798B4
Application number: DE102020000798.8A
Authority: DE
Inventors: Günter Kayran; Jens Luckmann; Detlef Schnitzer; Frank Steffens
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2040-02-08
Also published as: DE102020000798A1; US20230059031A1; CN115052776A; WO2021156236A1

Abstract

Hybridelektrischer Antriebsstrang (10), aufweisend einen Verbrennungsmotor (12), ein Getriebe (14) mit einem Getriebegehäuse (16), innerhalb dessen zumindest eine abtriebsseitige Radsatzgruppe (17) angeordnet ist, und einem in einer axialen Richtung (11) gesehen auf einer Abtriebsseite (19) des Getriebes (14) angeordneten Getriebegehäusedeckel (18), eine Elektromaschine (21) mit einem Stator (22), einem Rotor (24), einer drehfest mit dem Rotor (24) verbundenen Rotorwelle (26) und einem Elektromaschinengehäuse (28), wobei die Elektromaschine (21) ein Anschlussgehäuse (30) zur Anbindung der Elektromaschine (21) an das Getriebegehäuse (16) aufweist und zur Übertragung eines Drehmomentes an das Getriebe (14) angebunden ist,wobei die Rotorwelle (26) der Elektromaschine (21) parallel zu einer Getriebeeingangswelle (46) des Getriebes (14) angeordnet ist und das Anschlussgehäuse (30) einteilig mit dem Getriebegehäusedeckel (18) zu einem Kombinationsgehäuse (32) ausgebildet ist,wobei ein Seitenmodul (94) vorgesehen ist, welches eine Batterie (84), eine Leistungselektronik (88) und einen Kühler (92) aufweist, wobei auf einer ersten horizontalen Ebene (96) des Seitenmoduls (94) die Batterie (84) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dassdas Seitenmodul (94) ein Batteriesteuergerät (86) und einen Kompressor (90) aufweist, wobei auf einer zweiten horizontalen Ebene (98) des Seitenmoduls (94) der Kühler (92), der Kompressor (90), die Leistungselektronik (88) und das Batteriesteuergerät (86) axial in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen hybridelektrischen Antriebsstrang nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Lastkraftwagen mit einem solchen hybridelektrischen Antriebsstrang nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.
Aus der DE 10 2011 109 025 ist ein hybridelektrischer Antriebsstrang eines Lastkraftwagens bekannt. Dabei ist eine Elektromaschine koaxial zu einer Getriebeeingangswelle angeordnet. An einer Seite eines Längsträgers eines Trägerrahmens des Lastkraftwagens sind einzeln ein Kühler, eine Leistungselektronik und eine Batterie in einer axialen Richtung in großen Abständen zueinander angeordnet. Der Kühler befindet sich in der axialen Richtung gesehen auf Höhe der Elektromaschine, danach folgt in der axialen Richtung die Leistungselektronik und mit größerem Abstand die Batterie. Ein prinzipiell ähnlicher hybridelektrischer Antriebstrang ist aus der US 2015 / 0 008 057 A1 bekannt.
Aus der DE 10 2013 201 744 A1 sowie der gattungsgemäßen DE 10 2018 203 207 A1 sind hybridelektrische Antriebstränge bekannt, bei denen jeweils eine Rotorwelle einer Elektromaschine parallel zu einer Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Ferner ist aus der DE 10 2011 109 025 A1 ein Lastkraftwagen mit einem Seitenmodul mit einer Hochvoltbatterie bekannt. Aus der DE 10 2011 109 024 A1 ist ein Seitenmodul mit einer Batterie, einer Leistungselektronik und einem Kühler bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hybridelektrischen Antriebsstrang dahingehend zu verbessern, dass die Herstellungskosten verringert und die Kompaktheit verbessert wird, ohne dabei die Performance-Eigenschaften negativ zu beeinflussen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen hybridelektrischen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Lastkraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft einen hybridelektrischen Antriebsstrang, welcher einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und eine Elektromaschine aufweist, wobei die Elektromaschine zur Übertragung eines Drehmomentes an das Getriebe angebunden ist. Das Getriebe weist dabei ein Getriebegehäuse auf, innerhalb dessen zumindest eine abtriebsseitige Radsatzgruppe angeordnet ist und weiter einen in einer axialen Richtung gesehen auf einer Abtriebsseite des Getriebes angeordneten Getriebegehäusedeckel. Die Elektromaschine weist dabei einen Stator, einen Rotor, eine drehfest mit dem Rotor verbundene Rotorwelle und ein Elektromaschinengehäuse auf. Zudem weist die Elektromaschine ein Anschlussgehäuse zur Befestigung der Elektromaschine an dem Getriebegehäuse auf.
Dabei ist die Rotorwelle der Elektromaschine parallel zu einer Getriebeeingangswelle des Getriebes angeordnet und das Anschlussgehäuse ist einteilig mit dem Getriebegehäusedeckel zu einem Kombinationsgehäuse ausgebildet.
Es ist vorgesehen, dass der hybridelektrische Antriebsstrang ein Seitenmodul aufweist, wobei das Seitenmodul eine Batterie, eine Leistungselektronik und einen Kühler des hybridelektrischen Antriebsstranges aufweist.
Erfindungsgemäß sind ferner ein Batteriesteuergerät und ein Kompressor vorgesehen.
Die Komponenten für den Betrieb des hybridelektrischen Antriebsstrangs können so besonders kompakt angeordnet werden.
Ferner ist auf einer ersten horizontalen Ebene des Seitenmoduls die Batterie angeordnet, und erfindungsgemäß sind auf einer zweiten horizontalen Ebene des Seitenmoduls der Kühler, der Kompressor, die Leistungselektronik und das Batteriesteuergerät axial in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
Dadurch wird eine kompakte Anordnung von Komponenten des elektrischen Teils des Antriebsstrangs mit kurzen elektrischen Leitungen und kurzen Kühlleitungen bei gleichzeitiger Modularität erreicht.
Die erste horizontale Ebene liegt dabei vorteilhaft vertikal gesehen unter der zweiten horizontalen Ebene. Vorteilhafterweise ist die die Leistungselektronik in der axialen Richtung gesehen auf axialer Höhe der Elektromaschine angeordnet. Die erste horizontale Ebene entspricht somit auch einem ersten vertikalen Bereich, die zweite horizontale Ebene einem zweiten vertikalen Bereich. Unter Einhaltung der genannten axialen Reihenfolge der genannten Komponenten sind zwischenliegende nicht-genannte Komponenten unschädlich.
Dadurch lässt sich insgesamt der hybridelektrische Antriebsstrang kostengünstig und kompakt realisieren.
Als axiale Richtung ist dabei die Richtung entlang der Getriebeeingangswelle definiert. Unter der Abtriebsseite ist die Seite des Getriebes zu verstehen, auf welcher Drehmomente über eine Getriebeausgangswelle aus dem Getriebe an Antriebsräder, z.B. eines Lastkraftwagens, ausgeleitet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist mit einer drehfesten Verbindung zweier drehbar gelagerter Elemente gemeint, dass die beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Im Falle der drehfesten Verbindung von Rotor und Rotorwelle, welche jeweils drehbar gelagert sind, ist die Rotorwelle koaxial zur Drehachse des Rotors angeordnet und derart mit diesem verbunden, dass Rotor und Rotorwelle sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen.
Die parallele Anordnung der Rotorwelle der Elektromaschine zur Getriebeeingangswelle ist in Abkehr von einer koaxialen Anordnung, nicht aber im Sinne einer Anordnung auf gleicher axialer Höhe zu verstehen.
Mit der einteiligen Ausbildung des Getriebegehäusedeckels und des Anschlussgehäuses ist gemeint, dass Getriebegehäusedeckel und Anschlussgehäuse entweder aus einem Guss gefertigt sind oder zumindest stoffschlüssig verbunden sind. Besonders vorteilhaft ist das Kombinationsgehäuse als einteiliges Metallgussbauteil ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Kombinationsgehäuse in der axialen Richtung gesehen zwischen einem Planetenradsatz der abtriebsseitigen Radsatzgruppe und der Elektromaschine angeordnet.
Dies ermöglicht eine kompakte und kostengünstige Realisierung des hybridelektrischen Antriebsstrangs.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kombinationsgehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, wobei eine erste Öffnungsrichtung der ersten Öffnung entgegengesetzt zu einer zweiten Öffnungsrichtung der zweiten Öffnung angeordnet ist.
Dadurch ist es möglich, die Elektromaschine aufgrund ihrer Abmessungen vorteilhaft relativ zum Getriebe zu positionieren und kostengünstig an das Getriebe anzubinden.
Die erste Öffnungsrichtung bezieht sich dabei auf die erste Öffnung des Kombinationsgehäuses zum Getriebe hin, die zweite Öffnungsrichtung des Kombinationsgehäuses auf die zweite Öffnung zur Elektromaschine hin. Die erste und die zweite Öffnung sind dabei ihrer jeweiligen Öffnungsrichtung nach in der axialen Richtung entgegengesetzt zueinander gerichtet. Vorteilhaft ist die erste Öffnung durch eine erste Flanschhälfte und die zweite Öffnung durch eine zweite Flanschhälfte gebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine Übertragungswelle auf, die koaxial zu der Rotorwelle angeordnet und mit der Rotorwelle gekoppelt oder koppelbar ist. Dabei ist ein Abtriebsrad drehfest mit der Übertragungswelle verbunden und in einem axialen Bereich einer Antriebsseite des Getriebes drehmomentübertragend an das Getriebe angebunden.
Durch die Übertragungswelle, die sich vorteilhaft axial von der abtriebsseitigen Radsatzgruppe bis zu der Antriebsseite des Getriebes erstreckt, lässt sich der Antriebsstrang insgesamt kompakt und preisgünstig realisieren.
Gekoppelt meint dabei eine mittelbare oder unmittelbare drehmomentübertragende Anbindung der Übertragungswelle an die Rotorwelle. Koppelbar umfasst wechselweise die Möglichkeit eines gekoppelten und eines getrennten, also nicht drehmomentübertragenden Zustands. Mit der drehmomentübertragenden Anbindung des Abtriebsrades an das Getriebe ist beispielsweise eine Stirnradanbindung an ein Zahnrad des Getriebes gemeint.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Abtriebsrad derart an eine Vorschaltgruppe des Getriebes angebunden ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem Abtriebsrad über die Vorschaltgruppe in das Getriebe eingeleitet werden können.
Eine derartige Anbindung ermöglicht es, die Drehmomentübertragung der Elektromaschine an die Antriebsräder, z.B. eines Lastkraftwagens, mit unterschiedlichen Übersetzungen zu gestalten und somit eine hohe Performance zu gewährleisten. Unter einer Vorschaltgruppe ist dabei eine an sich bekannte axial eingangsseitige Getriebegruppe des im Falle dieser Weiterbildung als Gruppengetriebe ausgebildeten Getriebes zu verstehen. Die Einleitung von Drehmomenten ausgehend von dem Abtriebsrad über die Vorschaltgruppe in das Getriebe kann dabei vorteilhaft über eine direkte oder indirekte drehmomentübertragende Anbindung des Abtriebsrads an ein Zahnrad der Vorschaltgruppe erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine Übersetzungsstufe auf, die in einem Drehmomentenfluss zwischen der Rotorwelle und dem Getriebe angeordnet ist, wobei die Übersetzungsstufe zumindest teilweise innerhalb des Kombinationsgehäuses angeordnet ist.
Dies ermöglicht die Verwendung einer kostengünstigen und kompakten Elektromaschine, deren Eigenschaften bezüglich ihrer Drehzahlen und Drehmomente jedoch an diejenigen des Verbrennungsmotors im Antriebsstrang angepasst werden müssen.
Unter der Übersetzungsstufe kann dabei jedes geeignete Mittel verstanden werden, Drehbewegungen eines ersten Elements in Drehbewegungen eines zweiten Elements zu wandeln, wobei die Drehzahlen und Drehmomente von erstem Element und zweitem Element jeweils in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Übersetzungsstufe ein koaxial zu der Rotorwelle angeordnetes Planetengetriebe aufweist, wobei ein erstes Element des Planetengetriebes drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist und wobei ein zweites Element des Planetengetriebes derart an das Getriebe angebunden ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Element des Planetengetriebes in das Getriebe eingeleitet werden können. Vorteilhaft ist ein drittes Element des Planetengetriebes dabei gehäusefest angeordnet.
Das Planetengetriebe stellt eine platzsparende Möglichkeit dar, um die Drehzahlen und Drehmomente der Elektromaschine jeweils in einem bestimmten Verhältnis umzuwandeln.
Das Planetengetriebe weist dabei die 3 Elemente, im Einzelnen ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad, auf. Das erste Element des Planetengetriebes ist dabei besonders vorteilhaft das Sonnenrad, das zweite Element in Abhängigkeit hiervon besonders vorteilhaft der Planetenträger und das dritte Element das Hohlrad, wobei dieses vorteilhafterweise drehfest mit einem nicht drehbar gelagerten Element, beispielsweise dem Kombinationsgehäuse, verbunden ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in der axialen Richtung gesehen das Abtriebsrad, eine Hauptgruppe und eine Nachschaltgruppe des Getriebes, die Übersetzungsstufe und die Elektromaschine in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
Durch diese Anordnung wird eine hohe Kompaktheit des gesamten hybridelektrischen Antriebsstrangs erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der hybridelektrische Antriebsstrang eine erste Schalteinheit aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Rotorwelle derart drehmomentübertragend mit dem Getriebe zu koppeln, dass in dem axialen Bereich der Antriebsseite des Getriebes Drehmoment von der Elektromaschine in das Getriebe eingeleitet werden kann. Zudem weist der hybridelektrische Antriebsstrang eine zweite Schalteinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, die Rotorwelle derart drehmomentübertragend mit dem Getriebe zu koppeln, dass in dem axialen Bereich der Abtriebsseite des Getriebes Drehmoment aus dem Getriebe an die Elektromaschine ausgeleitet werden kann.
Dadurch kann einerseits Drehmomentübertragung von der Elektromaschine an die Antriebsräder, z.B. eines Lastkraftwagens, über das Getriebe, etwa bei Einleitung von Drehmomenten über die Vorschaltgruppe in das Getriebe, mit unterschiedlichen Übersetzungen gestaltet werden und somit eine hohe Performance im Vortrieb erreicht werden. Andererseits kann eine Drehmomentübertragung aus dem Getriebe an die Elektromaschine, etwa direkt ausgehend von der Getriebeausgangswelle zum Zwecke einer Rekuperation, verlustarm und mit einer geeigneten Übersetzung gestaltet werden.
Unter einer Schalteinheit ist dabei jedes Mittel zu verstehen, welches geeignet ist, eine drehfeste oder drehmomentübertragende Verbindung zwischen zwei drehbar gelagerten Elementen herzustellen und auch wieder zu unterbrechen. Eine Ausleitung von Drehmoment aus dem Getriebe an die Elektromaschine findet etwa im Fall der Rekuperation statt. Dabei wird die Elektromaschine generatorisch betrieben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit in Form einer Doppelschalteinheit ausgebildet, welche axial im Bereich der Abtriebsseite des Getriebes angeordnet ist.
Dadurch wird die Komplexität der Schaltung verringert und diese insgesamt kompakter.
Mit der Doppelschalteinheit sind ein erster und ein zweiter Kopplungszustand realisierbar. Als erster Kopplungszustand sei dabei die Einleitung von Drehmoment von der Elektromaschine in das Getriebe in dem axialen Bereich der Antriebsseite definiert, als zweiter Kopplungszustand die Ausleitung von Drehmoment von dem Getriebe an die Elektromaschine in dem axialen Bereich der Abtriebsseite des Getriebes. Unter einer Doppelschalteinheit kann eine Schalteinheit verstanden werden, welche es ermöglicht, mit nur einem Aktor beide Kopplungszustände abwechselnd herzustellen. Zusätzlich kann die Doppelschalteinheit auch dazu ausgebildet sein, einen Neutralzustand herstellen zu können.
Ein erfindungsgemäßer Lastkraftwagen weist neben einem Trägerrahmen den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antriebsstrang auf. Das Seitenmodul ist dabei in oder an einem Seitenrahmen angeordnet, wobei der Seitenrahmen selbst an einer Außenseite des Trägerrahmens angeordnet ist.
Die Komponenten für den Betrieb des hybridelektrischen Antriebsstrangs können so besonders kompakt angeordnet werden und zugleich modular getrennt in einem Lastkraftwagen untergebracht werden.
Unter einer Außenseite des Trägerrahmens kann dabei eine nach außen weisende, also dem Getriebe abgewandte Seite eines Längsträgers des Trägerrahmens verstanden werden. Die Befestigung des Seitenrahmens erfolgt dabei vorteilhaft an dem Trägerrahmen, wobei diese nicht auf der beschriebenen Außenseite erfolgen muss.
Vielmehr kann die Befestigung auch an der Ober- oder Unterseite des Trägerrahmens erfolgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren.
Hierbei zeigen

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antriebsstrangs in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antriebsstrangs in einer zweiten Ausführungsform,
3 eine weitere schematische Darstellung des hybridelektrischen Antriebsstrangs in der zweiten Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lastkraftwagens.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antriebsstrangs 10 in einer ersten Ausführungsform. Der hybridelektrische Antriebsstrang 10 weist dabei einen Verbrennungsmotor 12, ein Getriebe 14 und eine Elektromaschine 21 auf. Das Getriebe 14 weist ein Getriebegehäuse 16 auf, innerhalb dessen zumindest eine abtriebsseitige Radsatzgruppe 17 des Getriebes 14 angeordnet ist.
Die Elektromaschine 21 weist einen Stator 22, einen Rotor 24 und eine drehfest mit dem Rotor 24 verbundene Rotorwelle 26 auf. Der Stator 22 und der Rotor 24 sind in einem Elektromaschinengehäuse 28 angeordnet. Ferner ist ein Anschlussgehäuse 30 vorgesehen, welches dazu dient, die Elektromaschine 21, genauer gesagt das Elektromaschinengehäuse 28, an das Getriebegehäuse 16 anzubinden. Das Anschlussgehäuse 30 dient dazu, das Getriebegehäuse 16 drehfest und axial fest an das Getriebegehäuse 16 anzubinden. Das Elektromaschinengehäuse 28 ist drehfest und axial fest mit dem Anschlussgehäuse 30 verbunden. Das Elektromaschinengehäuse 28 ist unmittelbar mit dem Anschlussgehäuse 30 verbunden. Das Anschlussgehäuse 30 ist axial fest und drehfest mit dem Getriebegehäuse 16 verbunden.
Die Elektromaschine 21 ist ferner auch zur Übertragung eines Drehmomentes an das Getriebe 14 angebunden. Hierzu ist die Rotorwelle 26 im vorliegenden Beispiel drehmomentübertragend mit einer Übertragungswelle 42 gekoppelt. Mit der Übertragungswelle 42 ist ein Abtriebsrad 44 drehfest verbunden, welches in einem axialen Bereich einer Antriebsseite 20 des Getriebes 14 drehmomentübertragend an das Getriebe 14, hier beispielhaft an eine Vorschaltgruppe 52, angebunden ist. So können Drehmomente ausgehend von dem Abtriebsrad 44 über die Vorschaltgruppe 52 in das Getriebe 14 eingeleitet werden.
Alternativ kann das Abtriebsrad 44 in einer nicht hier dargestellten Weise als ein schaltbares Losrad koaxial zu der Übertragungswelle 42 angeordnet sein. Generell ist das Abtriebsrad 44 mit der Übertragungswelle 42 drehfest gekoppelt oder koppelbar.
Der Verbrennungsmotor 12 ist derart an das Getriebe 14 angebunden, dass Drehmomente, ausgehend von dem Verbrennungsmotor 12 über eine Getriebeeingangswelle 46 des Getriebes 14 in das Getriebe 14 eingeleitet werden können.
Das Getriebe 14 weist im ersten Ausführungsbeispiel ferner in an sich bekannter Weise eine Vorgelegewelle 50, die Vorschaltgruppe 52, eine Hauptschaltgruppe 54 und eine Nachschaltgruppe 56 auf.
Über eine Getriebeausgangswelle 48 des Getriebes 14 können Drehmomente aus dem Getriebe 14 auf bekannte Weise zum Beispiel zu einem Achsgetriebe ausgeleitet werden.
Die Elektromaschine 21 ist besonders vorteilhaft in der Nähe einer Abtriebsseite 19 des Getriebes 14 angeordnet. Die Rotorwelle 26 der Elektromaschine 21 ist parallel zu der Getriebeeingangswelle 46 des Getriebes 14 angeordnet. Das Getriebegehäuse 16 weist in einer axialen Richtung 11 gesehen auf der Abtriebsseite 19 einen Getriebegehäusedeckel 18 auf. Besonders vorteilhaft ist der Getriebegehäusedeckel 18 mit dem Anschlussgehäuse 30 der Elektromaschine 21 einteilig zu einem Kombinationsgehäuse 32 ausgebildet.
Die axiale Richtung 11 ist dabei parallel zu der Getriebeeingangswelle 46 angeordnet.
Die Getriebeausgangswelle 48 ist koaxial zu der Getriebeeingangswelle 46 angeordnet.
Das Kombinationsgehäuse 32 weist eine erste Öffnung 33 auf, die im montierten Zustand des hybridelektrischen Antriebsstrang 10 durch das Getriebegehäuse 16 verschlossen beziehungsweise abgedeckt ist. Das Kombinationsgehäuse 32 weist zumindest diese erste Öffnung 33 auf.
Das Kombinationsgehäuse 32 weist vorteilhaft eine zweite Öffnung 35 auf, die im montierten Zustand des hybridelektrischen Antriebsstrang 10 durch das Elektromaschinengehäuse 28 verschlossen beziehungsweise abgedeckt ist. Die zweite Öffnung 35 ist besonders dann vorteilhaft vorgesehen, wenn in dem Kombinationsgehäuse 32 weitere koaxial zu dem Rotor 24 angeordnete Komponenten angeordnet werden sollen.
Wenn in dem Kombinationsgehäuse 32 keine weiteren zu der Elektromaschine 21 koaxial angeordneten Komponenten angeordnet werden sollen, so kann die zweite Öffnung entfallen, was bedeutet, dass das Kombinationsgehäuse 32 in einem radialen Bereich der Elektromaschine 21 lediglich eine Platte ausbilden kann, an welcher in diesem Fall die Elektromaschine 21 befestigt ist.
Besonders vorteilhaft ist eine erste Öffnungsrichtung 34 der ersten Öffnung 33 zum Getriebe 14 hin gerichtet, wobei eine zweite Öffnungsrichtung 36 der zweiten Öffnung 35 entgegengesetzt zu der ersten Öffnungsrichtung 34 gerichtet ist. Die zweite Öffnungsrichtung 36 ist zu der Elektromaschine 21 hin gerichtet.
In der axialen Richtung 11 gesehen sind vorteilhaft der Verbrennungsmotor 12 das Abtriebsrad 44, die abtriebsseitige Radsatzgruppe 17, das Kombinationsgehäuse 32 und die Elektromaschine 21 in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
Als weitere koaxial zu dem Rotor 24 angeordnete Komponenten weist der hybridelektrische Antriebsstrang 10 im ersten Ausführungsbeispiel Komponenten einer Übersetzungsstufe 37 auf. Die Übersetzungsstufe 37 weist ein Planetengetriebe 38 auf, das seinerseits ein drehfest mit der Rotorwelle 26 verbundenes erstes Element 39 und ein drehfest mit der Übertragungswelle 42 verbundenes zweites Element 40 aufweist. In den Ausführungsbeispielen ist das erste Element 39 als ein Sonnenrad und das zweite Element 40 als ein Planetenträger ausgebildet. Nicht weiter im Detail bezeichnet weist das Planetengetriebe 38 ein drehfest mit dem Kombinationsgehäuse 32 verbundenes drittes Element in Form eines Hohlrades auf.
Die Übersetzungsstufe 37 muss nicht zwingend verwendet werden. Alternativ kann die Rotorwelle 26 direkt drehfest mit der Übertragungswelle 42 verbunden sein oder mit dieser über ein nicht dargestelltes Schaltelement drehfest koppelbar sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hybridelektrischen Antriebsstrangs 110 in einer zweiten Ausführungsform. Der hybridelektrische Antriebsstrang 110 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der an sich gleichbleibenden Übersetzungsstufe 37 zwei Schalteinheiten 158, 160, nämlich eine erste Schalteinheit 158 und eine zweite Schalteinheit 160 nachgeschaltet sind.
Mittels der ersten Schalteinheit 158 kann die Rotorwelle 22 mit der Vorschaltgruppe 52 derart gekoppelt werden, dass Drehmomente ausgehend von der Rotorwelle 22 über die Vorschaltgruppe 52 in ein Getriebe 114 eingeleitet werden können. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist die erste Schalteinheit 158 dazu vorgesehen, das zweite Element 40 der Übersetzungsstufe 37 drehfest mit einer Übertragungswelle 142 zu verbinden. Mittels der ersten Schalteinheit 158 kann somit die Rotorwelle derart an die Getriebeausgangswelle 48 gekoppelt werden, dass die von der Rotorwelle 26 ausgehenden Drehmomente über viele mittels des Getriebes 114 einstellbare Gangstufen auf die Getriebeausgangswelle 48 übertragen werden können, was zum Zwecke eines elektromotorischen Antriebs der Getriebeausgangswelle 48 vorteilhaft ist.
Mittels der zweiten Schalteinheit 160 kann die Rotorwelle 26 auf der Abtriebsseite 19 an die Abtriebswelle 48 des Getriebes 114 angebunden werden. Die Anbindung der Rotorwelle 26 auf der Abtriebsseite 19 des Getriebes 114 bedeutet, dass zwar nur eine oder wenige Gangstufen zwischen der Rotorwelle 26 und der Abtriebswelle 48 vorgesehen sind, dass aber somit auch nur wenige Zahneingriffe zwischen der Rotorwelle 26 und der Abtriebswelle 48 vorgesehen sind. Die Anbindung der Rotorwelle 26 über die zweite Schalteinheit 160 an die Abtriebswelle 48 ist besonders für einen Drehmomentenfluss ausgehend von der Abtriebswelle 48 zu der Rotorwelle 26 und somit für einen rekuperativen Betrieb der Elektromaschine 21 geeignet, der sich damit besonders verlustarm darstellen lässt.
Mittels der zweiten Schalteinheit 160 kann im zweiten Ausführungsbeispiel ein koaxial zu der Rotorwelle 26 angeordnetes Losrad 166 drehfest mit dem zweiten Element 40 verbunden werden. Das Losrad 166 kämmt seinerseits permanent mit einem drehfest mit der Getriebeausgangswelle 48 verbundenen Festrad 168.
Vorteilhaft ist sind die erste Schalteinheit 158 und die zweite Schalteinheit 160 zu einer Doppelschalteinheit 162 derart zusammengefasst, dass sie mit einer einzigen Schiebemuffe 164 und somit mit einem einzigen nicht weiter dargestellten Aktor geschaltet werden können.
Das Getriebe 114 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich somit lediglich dadurch von dem der ersten Ausführungsform, dass das Festrad 168 vorgesehen ist und dass in der Folge ein Getriebegehäusedeckel 118 des Getriebes 114 und somit ein Kombinationsgehäuse 132 im Detail anders ausgeformt sein müssen.
Das Kombinationsgehäuse 132 der zweiten Ausführungsform ist auch deshalb gegenüber der ersten Ausführungsform modifiziert, weil ein Anschlussgehäuse 130 der zweiten Ausführungsform geräumiger sein muss, um die beiden Schalteinheiten 158, 160 aufnehmen zu können.
Auch das Kombinationsgehäuse 132 wiest eine erste Öffnung 133 und eine zweite Öffnung 136 auf, wobei auch hier die oben bei der ersten Ausführungsform beschriebenen grundsätzlichen Sachverhalte hinsichtlich der Öffnungen 32, 33 gelten.
Diejenigen Merkmale, die in der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform unverändert bleiben, sind in 2 mit unveränderten Bezugszeichen markiert.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung des hybridelektrischen Antriebsstrangs 110 in der zweiten Ausführungsform. Die Getriebeeingangswelle 46, die Vorgelegewelle 50, die Vorschaltgruppe 52, die Hauptschaltgruppe 54, die Nachschaltgruppe 56 und die Getriebeausgangswelle 48 sind in dem Getriebegehäuse 16 angeordnet. Drehmomentübertragende oder schaltbar drehmomentübertragende Anbindungen der Getriebeelemente zueinander oder zu anderen Elementen sind teilweise durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Elektromaschine 21 mit dem Stator 22, dem Rotor 24, der drehfest mit dem Rotor 24 verbundenen Rotorwelle 26 befindet sich in dem Elektromaschinengehäuse 28.
Die Rotorwelle 26 der Elektromaschine 21 ist parallel zu der Getriebeeingangswelle 46 des Getriebes 114 angeordnet. Das Getriebegehäuse 16 weist in der axialen Richtung 11 gesehen auf der Abtriebsseite 19 des Getriebes 114 den Getriebegehäusedeckel 118 auf, welcher mit dem Anschlussgehäuse 130 einteilig zu dem Kombinationsgehäuse 132 ausgebildet ist.
Das schraffiert dargestellte Kombinationsgehäuse 132 weist die erste Öffnung 33, die zum Getriebe 114 hin gerichtet ist, und entgegengesetzt dazu die zweite Öffnung 35, die zu der Elektromaschine 21 hin gerichtet ist, auf.
Die erste Öffnung 33 und die zweite Öffnung 35 sind prinzipiell gleich wie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Die Öffnungen 33, 35 sind vorteilhaft von nicht weiter dargestellten Flanschflächen begrenzt, wobei eine erste Flanschfläche die erste Öffnung 33 und eine zweite Flanschfläche die zweite Öffnung 35 begrenzt. Die erste Flanschfläche ist auf bekannte Weise mit dem Getriebegehäuse 16 verschraubt, und die zweite Flanschfläche ist vorteilhaft mit dem Elektromaschinengehäuse 28 verschraubt.
Innerhalb des Kombinationsgehäuses 132 befinden sich die Doppelschalteinheit 162 und die Übersetzungsstufe 37.
Das Kombinationsgehäuse 132 ist, wie auch bei der ersten Ausführungsform, axial zwischen einem Planetenradsatz der Nachschaltgruppe 56 und der Elektromaschine 21 angeordnet.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lastkraftwagens 80 mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 10, 110 in der ersten oder der zweiten Ausführungsform. Das Getriebe 14, 114, das Kombinationsgehäuse 32, 132, die Elektromaschine 21, die Übertragungswelle 42, 142 und eine Kardanwelle 70 sind zwischen Längsträgern eines Trägerrahmens 82 angeordnet. Die Kardanwelle 70 ist in dem Fachmann bekannter und daher nicht näher dargestellter Weise drehmomentübertragend mit einer Hinterachse des Lastkraftwagens 80 verbunden.
An einer Außenseite 83 des Trägerrahmens 82 ist ein Seitenrahmen 85 angeordnet, in bzw. an welchem ein Seitenmodul 94 angeordnet ist. Das Seitenmodul 94 weist eine Batterie 84, ein Batteriesteuergerät 86, eine Leistungselektronik 88, einen Kompressor 90 und einen Kühler 92 auf.
Die Batterie 84 befindet sich in einer ersten unteren und damit fahrbahnnahen Ebene, das Batteriesteuergerät 86, die Leistungselektronik 88, der Kompressor 90 und der Kühler 92 sind in einer oberen zweiten Ebene, horizontal gesehen über der Batterie 84, angeordnet.
In der axialen Richtung 11 gesehen sind vorteilhaft der Kühler 92, der Kompressor 90, die Leistungselektronik 88 und das Batteriesteuergerät 86 in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet. Diese Anordnung ist aus mehreren Gründen vorteilhaft. Zum einen ist die Anordnung der Elektromaschine 21 abtriebsseitig des Getriebes 14, 114 aus Platzgründen vorteilhaft wenngleich aufgrund der langen Übertragungswelle 42, 142 in gewisser Weise nachteilig. Die Anordnung der zum Seitenmodul 94 gehörigen Komponenten an dem Trägerrahmen 82 ermöglicht es, aus einem konventionellen Antriebsstrang den hybridelektrischen Antriebsstrang 10, 110 mit verhältnismäßig geringem Aufwand darzustellen. Außerdem ist aufgrund der modularen Bauweise der hybridelektrische Antriebsstrang 10, 110 mit ebenfalls verhältnismäßig geringem Aufwand rückbaubar zu dem konventionellen Antriebsstrang.
Die Leistungselektronik 88 ist vorteilhaft in der axialen Richtung 11 gesehen in etwa auf der axialen Höhe der Elektromaschine 21 angeordnet. Das Batteriesteuergerät 86, die Leistungselektronik 88 und die Elektromaschine 121 sind mittels Leitungen 99 miteinander verbunden. Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit ist es vorteilhaft, diese Komponenten nahe beieinander anzuordnen.
Die Anordnung des Kühlers 92 an, in Fahrrichtung des Lastkraftwagens 80 gesehen, vorderster Stelle des Seitenmoduls 94 ermöglicht vorteilhaft eine ausreichende Anströmung des Kühlers 92 durch den Fahrtwind und damit ausreichende Kühlung.
Die vorteilhafte Anordnung der Komponenten des Seitenmoduls 94 ergibt sich somit aus einer Vielzahl von Aspekten des Packagings, der elektromagnetischen Verträglichkeit, der Kühlung und der Umbaubarkeit ausgehend von einem konventionellen Antriebsstrang.
Bezugszeichenliste

10, 110: Hybridelektrischer Antriebsstrang
11: Axiale Richtung
12: Verbrennungsmotor
14, 114: Getriebe
16: Getriebegehäuse
17, 117: Abtriebsseitige Radsatzgruppe
18, 118: Getriebegehäusedeckel
19: Abtriebsseite
20: Antriebsseite
21: Elektromaschine
22: Stator
24: Rotor
26: Rotorwelle
28: Elektromaschinengehäuse
30, 130: Anschlussgehäuse
32, 132: Kombinationsgehäuse
33: Erste Öffnung
34: Erste Öffnungsrichtung
35: Zweite Öffnung
36: Zweite Öffnungsrichtung
37: Übersetzungsstufe
38: Planetengetriebe
39: Erstes Element
40: Zweites Element
42, 142: Übertragungswelle
44: Abtriebsrad
46: Getriebeeingangswelle
48: Getriebeausgangswelle
50: Vorgelegewelle
52: Vorschaltgruppe
54: Hauptgruppe
56: Nachschaltgruppe
158: Erste Schalteinheit
160: Zweite Schalteinheit
162: Doppelschalteinheit
164: Schiebemuffe
166: Losrad
168: Festrad
70: Kardanwelle
80: Lastkraftwagen
82: Trägerrahmen
83: Außenseite
84: Batterie
85: Seitenrahmen
86: Batteriesteuergerät
88: Leistungselektronik
90: Kompressor
92: Kühler
94: Seitenmodul
99: Leitungen

Claims

Hybridelektrischer Antriebsstrang (10), aufweisend einen Verbrennungsmotor (12), ein Getriebe (14) mit einem Getriebegehäuse (16), innerhalb dessen zumindest eine abtriebsseitige Radsatzgruppe (17) angeordnet ist, und einem in einer axialen Richtung (11) gesehen auf einer Abtriebsseite (19) des Getriebes (14) angeordneten Getriebegehäusedeckel (18), eine Elektromaschine (21) mit einem Stator (22), einem Rotor (24), einer drehfest mit dem Rotor (24) verbundenen Rotorwelle (26) und einem Elektromaschinengehäuse (28), wobei die Elektromaschine (21) ein Anschlussgehäuse (30) zur Anbindung der Elektromaschine (21) an das Getriebegehäuse (16) aufweist und zur Übertragung eines Drehmomentes an das Getriebe (14) angebunden ist, wobei die Rotorwelle (26) der Elektromaschine (21) parallel zu einer Getriebeeingangswelle (46) des Getriebes (14) angeordnet ist und das Anschlussgehäuse (30) einteilig mit dem Getriebegehäusedeckel (18) zu einem Kombinationsgehäuse (32) ausgebildet ist, wobei ein Seitenmodul (94) vorgesehen ist, welches eine Batterie (84), eine Leistungselektronik (88) und einen Kühler (92) aufweist, wobei auf einer ersten horizontalen Ebene (96) des Seitenmoduls (94) die Batterie (84) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenmodul (94) ein Batteriesteuergerät (86) und einen Kompressor (90) aufweist, wobei auf einer zweiten horizontalen Ebene (98) des Seitenmoduls (94) der Kühler (92), der Kompressor (90), die Leistungselektronik (88) und das Batteriesteuergerät (86) axial in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsgehäuse (32) in der axialen Richtung (11) gesehen zwischen einem Planetenradsatz der abtriebsseitigen Radsatzgruppe (17) und der Elektromaschine (21) angeordnet ist.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinationsgehäuse (32) eine erste Öffnung (33) und eine zweite Öffnung (35) aufweist, wobei eine erste Öffnungsrichtung (34) der ersten Öffnung (33) entgegengesetzt zu einer zweiten Öffnungsrichtung (36) der zweiten Öffnung (35) angeordnet ist.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übertragungswelle (42), die koaxial zu der Rotorwelle (26) angeordnet ist und mit der Rotorwelle (26) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei ein Abtriebsrad (44) koaxial zu der Übertragungswelle (42) angeordnet ist und in einem axialen Bereich einer Antriebsseite (20) des Getriebes (14) drehmomentübertragend an das Getriebe (14) angebunden ist.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (44) derart an eine Vorschaltgruppe (52) des Getriebes (14) angebunden ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem Abtriebsrad (44) über die Vorschaltgruppe (52) in das Getriebe (14) eingeleitet werden können.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übersetzungsstufe (37), die in einem Momentenfluss zwischen der Rotorwelle (26) und dem Getriebe (14) angeordnet ist, wobei die Übersetzungsstufe (37) zumindest teilweise innerhalb des Kombinationsgehäuses (32) angeordnet ist.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsstufe (37) ein koaxial zu der Rotorwelle (26) angeordnetes Planetengetriebe (38) aufweist, wobei ein erstes Element (39) des Planetengetriebes (38) drehfest mit der Rotorwelle (26) verbunden ist und wobei ein zweites Element (40) des Planetengetriebes (38) derart an das Getriebe (14) angebunden oder anbindbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Element (40) des Planetengetriebes (38) in das Getriebe (14) eingeleitet werden können.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der axialen Richtung (11) gesehen das Abtriebsrad (44), eine Hauptgruppe (54) und eine Nachschaltgruppe (56) des Getriebes (14), das Planetengetriebe (38) und die Elektromaschine (21) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine erste Schalteinheit (158), welche dazu ausgebildet ist, die Rotorwelle (26) derart drehmomentübertragend mit dem Getriebe (14) zu koppeln, dass in dem axialen Bereich der Antriebsseite (20) des Getriebes (14) Drehmoment von der Elektromaschine (21) in das Getriebe (14) eingeleitet werden kann, und durch eine zweite Schalteinheit (160), welche dazu ausgebildet ist, die Rotorwelle (26) derart drehmomentübertragend mit dem Getriebe (14) zu koppeln, dass in dem axialen Bereich der Abtriebsseite (19) des Getriebes (14) Drehmoment aus dem Getriebe (14) an die Elektromaschine (21) ausgeleitet werden kann.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (158) und die zweite Schalteinheit (160) in Form einer Doppelschalteinheit (62) ausgebildet sind, welche axial im Bereich der Abtriebsseite (19) des Getriebes (14) angeordnet ist.
Hybridelektrischer Antriebsstrang (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinheit (158) und die zweite Schalteinheit (160) axial auf einer der Elektromaschine (21) abgewandten Seite der Übersetzungsstufe (37) angeordnet sind.
Lastkraftwagen (80) mit einem Trägerrahmen (82) und einem hybridelektrischen Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Seitenmodul (94) in oder an einem Seitenrahmen (85) angeordnet ist, wobei der Seitenrahmen (85) an einer Außenseite (63) des Trägerrahmens (82) angeordnet ist.