DE102020007298B4

DE102020007298B4 - Hybrid-Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020007298B4
Application number: DE102020007298.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Hahn; Carsten Gitt
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2040-12-01
Also published as: CN116529112A; DE102020007298A1; US20230415562A1; JP2023551042A; WO2022111910A1; EP4251452A1

Abstract

Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103,104) mit einem Verbrennungsmotor (2),einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe, wobeidas Getriebe eine Eingangswelle (5) und wenigstens eine erste und eine zweite Vorgelegewelle (V1, V2) aufweist, wobeider Verbrennungsmotor (2) über eine Trennkupplung (4) mit der Eingangswelle (5) direkt koppelbar ist, wobeisieben schaltbare Radpaarung (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5, RP6, RP7) mit jeweils einem koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordneten Zahnrad (Z1, Z3, Z5, Z8, Z10, Z12) vorgesehen sind, wobeidie erste Radpaarung (RP1) ein als Losrad ausgebildetes und koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnetes erstes Zahnrad (Z1) und ein als Losrad ausgebildetes und koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes zweites Zahnrad (Z2) aufweist, wobeidie elektrische Maschine (3) derart an die erste Radpaarung (RP1) angebunden ist, dass Drehmomente, ausgehend von der elektrischen Maschine (3) über die erste Radpaarung (RP1) in das Getriebe eingeleitet werden können, wobei in einer axialen Richtung (a) gesehen die erste schaltbare Radpaarung (RP1), eine erste Schaltelementebene (SE1), die zweite schaltbare Radpaarung (RP2), die dritte schaltbare Radpaarung (RP3), die fünfte schaltbare Radpaarung (RP5), eine zweite Schaltelementebene (SE2), die sechste schaltbare Radpaarung (RP6), die siebte schaltbare Radpaarung (RP7) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, wobei die dritte und die vierte schaltbare Radpaarung (RP3, RP4) in der selben axialen Radebene (RE3) angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Radpaarung (RP1) in axialer Richtung (a) und von der Trennkupplung (4) aus gesehen in einer letzten Radebene (RE1) angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine (3) axial überlappend zu der Trennkupplung (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Hybrid-Antriebsvorrichtungen sind aus der DE 10 2012 009 484 B3 , der FR 2 859 141 A1 , der DE 10 2017 112 868 B3 , der US 2017 / 0 305 258 A1 und der DE 10 2016 013 477 A1 bekannt.
Ferner beschreibt beispielsweise die DE 10 2013 210 013 A1 eine solche Hybrid-Antriebsvorrichtung, bei welcher die elektrische Maschine sowohl mit der Eingangswelle des Getriebes, jedoch auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite einer Trennkupplung verbunden werden kann, was gängigerweise auch als P2-Anbindung bezeichnet wird, als auch mit einer als Abtriebswelle dienenden Vorgelegewelle, was wiederum als P3-Anbindung bezeichnet wird. Der Aufbau weist dabei vier Radebenen für vier einzelne Gänge auf. Die elektrische Maschine ist mit zwei Losrädern auf der Eingangswelle verbunden, welche ihrerseits mit jeweils einem weiteren Losrad auf der Vorgelegewelle eine Radpaarung ausbilden. Die elektrische Maschine lässt sich somit in der oben beschriebenen Art alternativ mit der Eingangswelle des Getriebes oder dessen Vorgelegewelle bzw. Abtriebswelle entsprechend koppeln.
Der Aufbau ist dabei bezogen auf die mögliche Zahl der Gangstufen relativ groß, vor allem auch in axialer Richtung, also in der entlang der Eingangswelle des Getriebes verlaufenden Richtung.
Eine ähnliche Hybrid-Antriebsvorrichtung, jedoch mit sieben schaltbaren Radpaarungen, ist durch die gattungsgemäße JP 2014 - 054 900 A gezeigt.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Hybrid-Antriebsvorrichtung anzugeben, welche vor allem in axialer Richtung sehr kompakt baut.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hybrid-Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Die Hybrid-Antriebsvorrichtung umfasst neben dem Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine sowie ein Getriebe. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle und wenigstens zwei Vorgelegewellen. Dabei sind sieben schaltbare Radpaarungen mit jeweils einem koaxial zu der Eingangswelle angeordneten Zahnrad vorgesehen. Unter einer Radpaarung im Sinne der Erfindung sind dabei zwei in Eingriff stehende Zahnräder zu verstehen, wobei eines von beiden koaxial zu der Eingangswelle und das andere der beiden koaxial zu einer der Vorgelegewellen angeordnet ist. Die beiden Zahnräder der Radpaarung sind in einer senkrecht zur Drehachse der Eingangswelle stehenden Radebene angeordnet. In der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung umfasst eine erste der Radpaarungen zwei Losräder, eines auf der Eingangswelle und eines auf der ersten Vorgelegewelle. Die elektrische Maschine ist derart an diese erste Radpaarung angebunden, dass Drehmomente ausgehend von der elektrischen Maschine über die erste Radpaarung in das Getriebe eingeleitet werden können. Durch die Ausgestaltung der ersten Radpaarung über zwei Losräder ist dabei sowohl eine P2-Anbindung als auch eine P3-Anbidnung möglich.
Ferner sind in einer axiale Richtung gesehen, die hier immer auf die Drehachse der Eingangswelle bezogen ist, die erste schaltbare Radpaarung, eine erste Schaltelementeebene, die zweite schaltbare Radpaarung, die dritte schaltbare Radpaarung, die fünfte schaltbare Radpaarung, eine zweite Schaltelementebene, die sechste schaltbare Radpaarung, die siebte schaltbare Radpaarung in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, wobei die dritte und die vierte schaltbare Radpaarung in der selben axialen Radebene angeordnet sind. Dabei ist unter einem Schaltelement eine Vorrichtung zu verstehen, welche zum drehfesten Verbinden eines Losrades einer Radpaarung mit seiner es tragenden Welle vorgesehen ist, wobei das Schaltelement zumindest eine Schiebemuffe und eine Klauenverzahnung sowie in einer vorteilhaften Ausgestaltung ferner eine Synchronisiervorrichtung umfasst. Zwei benachbarte und koaxial zueinander angeordnete Schaltelemente können sich vorteilhaft ein und dieselbe Schiebemuffe teilen. Eine Schaltelementebene ist dabei eine Ebene, die senkrecht zu der Drehachse der Eingangswelle angeordnet ist und zumindest zwei Schaltelemente schneidet, wobei die zumindest zwei Schaltelemente koaxial zu unterschiedlichen Wellen angeordnet sind, wobei unter den Wellen die Eingangswelle, die erste Vorgelegewelle und die zweite Vorgelegewelle verstanden werden. Damit, dass eine Schaltelementebene ein Schaltelement „umfasst“ ist gemeint, dass diese Schaltelementebene zumindest einen Teil dieses Schaltelementes schneidet. Analog dazu ist eine Abtriebsradebene eine senkrecht zu der Drehachse der Eingangswelle angeordnete Ebene, welche die drehfest auf den Vorgelegewellen angeordneten Abtriebsräder umfasst. Drehfest verbunden im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass die so verbundenen Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und mit derselben Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl umlaufen.
Die Hybrid-Antriebsvorrichtung mit sieben Gangstufen nutzt also eine geschickte Anordnung der Radebenen und der Schaltelementeebenen zusammen mit einer Doppelradebene für einen sehr kompakten Aufbau, vor allem in axialer Richtung. Eine Doppelradebene bezeichnet dabei eine senkrecht zur axialen Richtung stehende Ebene in welcher zwei Radpaarungen angeordnet sind, welche sich ein Zahnrad teilen. Durch die spezielle Radsatzarchitektur ist ein Aufbau des Getriebes in der Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung bei sehr geringen Kosten möglich. Außerdem ist, trotz des einfachen Aufbaus, die volle Funktionalität und ein hoher Komfort bei den Schaltungen gegeben, insbesondere kann ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden.
Die erste Radpaarung ist dabei erfindungsgemäß entlang der Eingangswelle von der Trennkupplung aus gesehen in der letzten Radebene angeordnet, wobei die elektrische Maschine in axialer Richtung die Trennkupplung überlappt.
Mit der axialen Richtung ist die Richtung der Drehachse der Eingangswelle gemeint. Die überlappende Anordnung im Sinne der Erfindung bedeutet dabei, dass die genannten Elemente in derselben axialen Ebene liegen können oder aber vorzugsweise in axialer Richtung in dieselbe axiale Ebene hineinragen. Mit einer axialen Ebene steht dabei eine auf der Drehachse der Eingangswelle senkrecht stehende Ebene gemeint.
Die Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann dabei vorzugsweise auf eine anfahrfähige Trennkupplung sowie insbesondere auch auf einen mechanischen Rückwärtsgang verzichten. Hierdurch lässt sich der Durchmesser der Trennkupplung entsprechend gering auslegen, sodass diese platzsparend überlappend zu der elektrischen Maschine und gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung hierzu auch überlappend zu den zwei Abtriebsrädern auf den zwei Vorgelegewellen angeordnet sein kann.
In einem Hybrid-Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung ist es dann möglich, dass diese zusammen mit einer weiteren rein elektrisch angetriebenen Achse zum Antrieb einer über die Hybrid-Antriebsvorrichtung angetriebenen Achse eingesetzt wird. Anfahrvorgänge sowie eine Rückwärtsfahrt können dann rein elektrisch mit einer oder auch beiden elektrischen Maschinen, also der der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung und der der weiteren rein elektrisch angetriebenen Achse, realisiert werden. Die Schaltungen innerhalb des Getriebes können für den Fall des Antriebs über den Verbrennungsmotor oder den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine ohne Lastunterbrechung erfolgen, indem die elektrische Maschine in der P3-Anbindung während der Schaltung die Drehzahlen und Drehmomente entsprechend ausgleicht bzw. stützt.
Die spezielle Radsatzarchitektur der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung kann es dabei ferner vorsehen, dass die erste Radpaarung ein koaxial zu der Eingangswelle angeordnetes erstes Zahnrad und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle angeordnetes zweites Zahnrad umfasst, die dritte Radpaarung ein koaxial zu der Eingangswelle angeordnetes fünftes Zahnrad und ein koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle angeordnetes sechstes Zahnrad umfasst und die vierte Radpaarung ein koaxial zu der Eingangswelle angeordnetes siebtes Zahnrad und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle angeordnetes achtes Zahnrad umfasst.
Diese Anordnung trägt zu den oben genannten Vorteilen bei, insbesondere wenn es gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der Erfindung ergänzend vorgesehen ist, dass die erste Schaltelementebene zumindest ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle angeordnetes drittes Schaltelement und ein koaxial zu der Eingangswelle angeordnetes erstes Schaltelement umfasst, und dass die zweite Schaltelementebene zumindest ein koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle angeordnetes sechstes Schaltelement und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle angeordnetes siebtes Schaltelement umfasst.
Als weitere vorteilhafte Ergänzung dieser Ausführungsform kann es dann außerdem noch vorgesehen sein, dass das erste Schaltelement zur drehfesten Verbindung des ersten Zahnrades mit der Eingangswelle vorgesehen ist, das dritte Schaltelement zur drehfesten Verbindung des zweiten Zahnrades mit der ersten Vorgelegewelle vorgesehen ist, das vierte Schaltelement zur drehfesten Verbindung des siebten Zahnrades mit der ersten Vorgelegewelle vorgesehen ist und das fünfte Schaltelement zur drehfesten Verbindung des sechsten Zahnrads mit der zweiten Vorgelegewelle vorgesehen ist.
Vorzugsweise können dabei das vierte Schaltelement und das dritte Schaltelement und/oder das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement jeweils als Schaltelemente mit einer gemeinsamen Schiebemuffe ausgebildet sind. Damit wird das Getriebe bezüglich der Aktuatorik noch günstiger und nochmals kompakter in seinem Aufbau.
Eine sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung kann darüber hinaus vorsehen, dass die siebte Radpaarung eine zugehörige reine Radebene bildet. Dabei ist unter einer reinen Radebene eine senkrecht auf der Drehachse der Eingangswelle stehende Ebene zu verstehen die nur eine Radpaarung, nicht jedoch ein Schaltelement schneidet. Auch dies trägt zur kompakten Ausgestaltung bei.
Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es ferner vorsehen, dass die fünfte und die sechste Radebene jeweils ein Festrad koaxial zur Eingangswelle umfassen. Das dann jeweils als Abtriebsrad dienende Losrad der entsprechenden Radpaarungen in diesen Radebenen sitzt dann koaxial zu der einen der Vorgelegewellen und das andere Losrad koaxial zu der anderen der Vorgelegewellen. Welches dabei auf der ersten und der zweiten Vorgelegewelle sitzt, spielt im Wesentlichen keine Rolle, da in beiden Fällen der freie Bauraum auf der jeweils anderen der Vorgelegewellen in der fünften Radebene dann durch ein Schaltelement genutzt werden kann, um den kompakten axialen Aufbau zu unterstützten.
Eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung kann es auch vorsehen, dass jeweils ein Zahnrad der dritten Radebene, also der Doppelradebene, und ein Zahnrad der zweiten Radebene oder der vierten Radebene koaxial zu der einen der Vorgelegewelle und zwar direkt benachbart zueinander angeordnet sind. Unter direkt benachbart ist dabei eine Anordnung zu verstehen, bei welcher kein Schaltelement und kein anderes Zahnrad auf derselben Welle zwischen den beiden direkt benachbarten Elementen angeordnet ist. Die Anordnung gemäß dieser Ausgestaltung erlaubt es, den Bauraum für Schaltelemente auf der Vorgelegewelle wechselseitig so zu nutzen, dass diese, insbesondere mit einer gemeinsamen Schiebemuffe, zu weiteren benachbarten Schaltelementen oder Zahnrädern sehr platzsparend positioniert werden können.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass in axialer Richtung zwischen der ersten Schaltelementeebene und der zweiten Radebene eine weitere Schaltelementeebene ausgebildet ist. Diese weitere Schaltelementeebene, welche auch als dritte Schaltelementeebene bezeichnet werden könnte, umfasst das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement, wobei das vierte Schaltelement koaxial zu der einen der Vorgelegewellen und das zweite Schaltelement koaxial zu der Eingangswelle angeordnet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.
Dabei zeigen:

1 eine erste mögliche Variante der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung;
2 eine zweite mögliche Variante der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung;
3 eine dritte mögliche Variante der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung; und
4 eine vierte mögliche Variante der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsvorrichtung.

In den Figuren ist schematisch jeweils eine Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, 102, 103, 104 in einem möglichen erfindungsgemäßen Aufbau dargestellt. Die Radsatzpläne, welche zur Darstellung des darin verbauten 7-Gang-Getriebes dienen, sind dabei weder maßstäblich zu verstehen noch liegen alle Bauteile zwingend in der Blattebene, in der sie dargestellt sind. Auch die dargestellten Größenordnungen der Komponenten zueinander müssen dabei nicht dem realen Aufbau entsprechen.
1 zeigt eine erste Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, welche einerseits einen Verbrennungsmotor 2 und andererseits ist eine elektrische Maschine 3 umfasst. Der Verbrennungsmotor 2 ist über eine Trennkupplung 4 mit einer Eingangswelle 5 eines Getriebes der Hybrid-Antriebsvorrichtung 1 direkt verbunden. Die direkte Verbindung kann dabei optional eine Einrichtung 6 zur Tilgung und/oder Dämpfung von Drehschwingungen, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, zwischen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 und der Trennkupplung 4 umfassen, sodass „direkt“ hier in der Art zu verstehen ist, dass keine weiteren Getriebeelemente wie Kupplungen, Übersetzungen oder dergleichen zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 und der Trennkupplung 4 angeordnet sind.
In axialer Richtung a der Drehachse der Eingangswelle 5 folgen von der Trennkupplung 4 aus gesehen sieben Radpaarungen RP1 bis RP7. Diese sieben Radpaarungen RP1 bis RP7 teilen sich dabei sechs Radebenen RE1 bis RE6. In der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101 sind dabei auf der Eingangswelle 5 fünf Festräder Z3, Z5, Z8, Z10 und Z12 angeordnet sowie in der von der Trennkupplung 4 in axialer Richtung a aus gesehen letzten Radebene RE1 ein Zahnrad Z1 mit dem zugehörigen Schaltelement S1. Jeweils parallel zu der Eingangswelle 5 sind zwei Vorgelegewellen V1, V2 angeordnet. Beide Vorgelegewellen V1, V2 weisen in einer axialen Ebene AE Abtriebsräder 7, 8 auf, welche ihrerseits beispielsweise mit einem hier nicht dargestellten Differentialrad direkt oder über wenigstens ein zwischengeordnetes Getriebeelement kämmen. Ein erstes Abtriebsrad 7 der Abtriebsräder 7, 8 ist dabei drehfest mit der ersten Vorgelegewelle V1 verbunden, und ein zweites Abtriebsrad 8 der Abtriebsräder 7, 8 ist dabei drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle V2 verbunden.
Die erste Radpaarung RP1 ist dabei die in axialer Richtung a von der Trennkupplung 4 aus gesehen letzte Radpaarung RP1 und damit in der in dieser Richtung gesehen letzten Radebene RE1 angeordnet. Sie umfasst das erste Zahnrad Z1, welches als Losrad auf der Eingangswelle 5 ausgebildet ist, und ein zweites Zahnrad Z2, welches ebenfalls als Losrad ausgebildet ist und koaxial zu der ersten Vorgelegewelle V1 angeordnet ist. Das erste Zahnrad Z1 ist wie bereits erwähnt über das Schaltelement S1 drehfest mit der Eingangswelle 5 verbindbar, das zweite Zahnrad Z2 ist über ein drittes Schaltelement S3 mit der ersten Vorgelegewelle V1 bei Bedarf drehfest verbindbar. Die Anbindung der elektrischen Maschine 3 erfolgt dann über ein Ritzel 9, welches drehfest mit einer Rotorwelle 10 der elektrischen Maschine 3 verbunden ist, an der ersten Radpaarung RP1. Dazu kämmt das Ritzel 9, wie es in der Darstellung der 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, mit dem zweiten Zahnrad Z2 der ersten Radpaarung RP1. Alternativ kann das Ritzel 9 auch mit dem Zahnrad Z1 kämmen. Vorteilhaft ist zwischen dem Ritzel 9 und dem jeweiligen Zahnrad. Z2, Z1 ein Zwischenrad bzw. eine Zwischenwelle angeordnet.
Damit kann Drehmoment von der elektrischen Maschine 3 in das Getriebe eingeleitet werden. Je nach Stellung der Schaltelemente S1, S3 lässt sich dabei eine sogenannte P2-Anbindung realisieren, bei welcher die elektrische Maschine 3 über das Ritzel 9 und das lose auf der ersten Vorgelegewelle V1 umlaufende Zahnrad Z2 der ersten Radpaarung RP1 und das mit der Eingangswelle 5 über das Schaltelement S1 gekuppelte Zahnrad Z1 auf die Eingangswelle 5, und zwar auf der dem Verbrennungsmotor 2 abgewandten Seite der Trennkupplung 4, wirkt. Je nach Schaltstellung innerhalb des Getriebes erfolgt dann der Abtrieb über die erste Vorgelegewelle V1 und deren Abtriebsrad 7 oder die zweite Vorgelegewelle V2 und deren Abtriebsrad 8.
Alternativ dazu wird der Aufbau zu einer sogenannten P3-Anbindung umgeschaltet, in dem bei geöffnetem Schaltelement S1 und dementsprechend auf der Eingangswelle 5 umlaufendem Zahnrad Z1 und mit der ersten Vorgelegewelle V1 über das Schaltelement S3 gekoppeltem Zahnrad Z2 der ersten Radpaarung PR1 die erste Vorgelegewelle V1 und damit ihr Abtriebsrad 7 direkt angetrieben wird.
Bei neutral geschaltetem Getriebe, wenn also keines der Losräder gekoppelt ist, kann mittels der elektrischen Maschine 3 der Verbrennungsmotor 2 gestartet werden, oder der Verbrennungsmotor 2 treibt die elektrische Maschine 3 als Generator an.
Die elektrische Maschine 3 ist dabei in axialer Richtung a überlappend zu der Trennkupplung 4 angeordnet. Dies ermöglicht einen außerordentlich kompakten Aufbau, bei dem die elektrische Maschine 3 durch die Anbindung an die letzte Radebene RE1 in axialer Richtung a von der Trennkupplung 4 aus gesehen und ihre gleichzeitige axiale Überlappung der Trennkupplung 4, also ein Hineinragen in die senkrecht zur axialen Richtung a stehende Ebene der Trennkupplung 4 einen außerordentlich kompakten Aufbau gewährleistet. Alternativ dazu und in den Figuren nicht dargestellt könnte die Trennkupplung 4 auch in axialer Richtung überlappend mit den Abtriebsrädern 7, 8 ausgebildet sein, sie würde also in die Abtriebsradebene AE rücken. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die Trennkupplung 4 als nicht anfahrfähige Trennkupplung 4 ausgebildet ist, da ihr Durchmesser dann ausreichend klein für eine derartige Anordnung gewählt werden kann. Aufgrund der Hybridisierung der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101 sowie auch der nachfolgend noch dargestellten Varianten 102, 103 und 104 ist dies unproblematisch, da über die elektrische Maschine 3 der Anfahrvorgang auch bei einer nicht anfahrfähigen Trennkupplung 4 einfach realisiert werden kann.
In axialer Richtung a, dieses Mal von der Radebene RE1 mit der Radpaarung RP1 in Richtung der Trennkupplung 4, folgt auf die erste Radpaarung RP1 die zweite Radpaarung RP2 mit dem dritten Zahnrad Z3, welches als Festrad auf der Eingangswelle 5 ausgebildet ist. Ein Zahnrad Z4 auf der zweiten Vorgelegewelle V2 bildet dabei das weitere Zahnrad der Radpaarung 2, also deren Abtriebsrad. Über ein zweites Schaltelement S201 lässt sich dieses als Losrad ausgebildete vierte Zahnrad Z4 bei Bedarf mit der zweiten Vorgelegewelle V2 koppeln. In axialer Richtung im Anschluss auf die Radebene RE2 folgt dann die Radebene RE3. Sie umfasst ein koaxial auf der Eingangswelle 5 als Festrad ausgebildetes fünftes Zahnrad Z5. Dieses kämmt in der dritten Radpaarung RP3 mit einem sechsten Zahnrad Z6 als Losrad auf der zweiten Vorgelegewelle V2, schaltbar mit dem fünften Schaltelement S501. In dieser dritten Radebene RE3, welche als Doppelradebene ausgebildet ist, befindet sich dann auch die vierte Radpaarung RP4, welche aus einer Kombination des als Festrad ausgebildeten fünften Zahnrads Z5 und einem als Losrad ausgebildeten siebten Zahnrads Z7 auf der ersten Vorgelegewelle V1 ausgebildet ist. Über ein viertes Schaltelement S401, welches mit dem Schaltelement S3 über eine gemeinsame Schiebemuffe ausgebildet ist, lässt sich dieses siebte Zahnrad Z7 bei Bedarf drehfest mit der ersten Vorgelegewelle V1 verbinden. Im Anschluss an diese als Doppelradebene ausgebildete dritte Radebene RE3 folgt dann eine vierte Radebene RE4, welche mit einem achten Zahnrad Z8 als Festrad auf der Eingangswelle 5 und einem als Losrad ausgebildeten Zahnrad Z9 auf der ersten Vorgelegewelle V1 ausgebildet ist. Das zugehörige siebte Schaltelement S701 kann das Zahnrad 9 bei Bedarf drehfest mit der ersten Vorgelegewelle V1 verbinden. Die beiden Zahnräder Z8 und Z9 bilden dabei die fünfte Radpaarung RP5.
Auf der axial benachbarten fünften Radebene RE5 ist dann die sechste Radpaarung RP6 ausgebildet. Sie umfasst ein zehntes Zahnrad Z10, welches als Festrad auf der Eingangswelle 5 ausgebildet ist, sowie ein elftes Zahnrad Z11, welches als Losrad auf der zweiten Vorgelegewelle V2 ausgebildet ist. Das ihm zugeordnete Schaltelement S6 kann zusammen mit dem fünften Schaltelement wiederum mit einer gemeinsam genutzten Schiebemuffe ausgebildet sein.
Die erste Radebene RE1 und die sechste Radebene RE 6 bilden in diesem Aufbau der Antriebsvorrichtung 101 sogenannte reine Radebenen. In diesen Radebene befindet sich kein Schaltelement, sondern lediglich jeweils zwei Zahnräder. Bei der siebten Radpparung RP7 sind dies das zwölfte Zahnrad Z12 und das dreizehnte Zahnrad Z13. Das zwölfte Zahnrad Z12 ist dabei als Festrad auf der Eingangswelle 5 ausgebildet, das dreizehnte Zahnrad Z13 als Losrad auf der ersten Vorgelegewelle V1. Es ist über ein achtes Schaltelement S8 bei Bedarf mit dieser Vorgelegewelle V1 drehfest verbindbar.
An diese sechste Radebene RE6 schließt sich dann die oben bereits angesprochene Abtriebsradebene AE an, in welcher zumindest die beiden Abtriebsräder 7, 8 der Vorgelegewellen V1, V2 liegen, und in welcher insbesondere - jedoch ohne dass dies hier dargestellt ist - auch die Trennkupplung 4 angeordnet sein kann. Die elektrische Maschine 3 überlappt diese Abtriebsradebene AE sowie die Trennkupplung 4 in axialer Richtung a.
Zwischen den Radebenen RE1 und RE2 liegt dann eine erste Schaltelementebene SE1 mit dem koaxial zur ersten Vorgelegewelle V1 angeordneten Schaltelement S3 und dem koaxial zur Eingangswelle 5 angeordneten Schaltelement S1. Eine zweite Schaltelementebene SE2 liegt zwischen der vierten Radebene RE4 und der fünften Radebene RE5 und umfasst das siebte Schaltelement S701 sowie das sechste Schaltelement S6, während das vierte Schaltelement S401 in der zweiten Radebene RE2 und das fünfte Schaltelement S501 in der vierten Radebene RE4 sowie das achte Schaltelement S8 in der fünften Radebene RE5 angeordnet sind. Das Getriebe der Hybrid-Antriebsvorrichtung 1 kann dabei so ausgestaltet sein, dass es als Siebenganggetriebe ohne mechanischen Rückwärtsgang genutzt wird. Insbesondere erfolgt eine Rückwärtsfahrt also über die elektrische Maschine 3. Diese kann auch für das Anfahren genutzt werden, um mit einer entsprechend kleinen Trennkupplung 4 auszukommen, welche in diesem Fall nicht anfahrfähig sein muss, wie bereits erwähnt.
Die erste Radebene RE1, die vierte Radebene RE4 und die sechste Radebene RE6 haben dabei ihre jeweilige Radpaarung RP1, RP5 und RP7 von der Eingangswelle 5 zur ersten Vorgelegewelle V1, die zweite Radpaarung RP2 in der zweiten Radebene RE2 und die sechste Radpaarung RP6 in der fünften Radebene RE5 zur anderen Vorgelegewelle V2. Die Doppelradebene in der dritten Radebene RE3 übersetzt zu beiden Vorgelegewellen V1, V2 hin beispielsweise die sechste und siebte Gangstufe.
Die Übersetzungen können dabei so ausgebildet sein, dass der erste Gang über die sechste Radpaarung RP6 in der fünften Radebene RE5 realisiert wird, der zweite Gang über die fünfte Radpaarung RP5 in der vierten Radebene RE4, der dritte Gang über die erste Radpaarung RP1 in der ersten Radebene RE1 und der vierte oder fünfte Gang wechselseitig über die zweite Radpaarung RP2 in der zweiten Radebene RE2 oder über die siebte Radpaarung RP7 in der sechsten Radebene RE6. Der sechste und der siebte Gang ließen sich dann jeweils über die Doppelradebene RE3 realisieren, beispielsweise der sechste Gang über die dritte Radpaarung RP3 und der siebte Gang über die vierte Radpaarung RP4.
Eine Alternative zu der eben beschriebenen Anordnung der Übersetzung könnte es auch sein, bei einer weiterhin gegeben Doppelnutzung der Doppelradebene RE3 für die Gangstufen sechs und sieben die Gangstufe vier über die erste Radpaarung RP1 in der ersten Radebene RE1 zu realisieren und die Radpaarung RP2 in der Radebene RE2 für die Gangstufen zwei, drei oder fünf zu nutzen, die Radpaarung RP5 in der Radebene RE4 für die Gangstufen eins oder zwei sowie die sechste Radpaarung RP6 in der fünften Radebene RE5 für die Gangstufen eins, zwei oder drei. Dementsprechend müsste die siebte Radpaarung RP7 in der Radebene RE6 dann wechselweise für die Gänge eins, zwei, drei oder fünf eingesetzt werden.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel hiervon könnte es beispielsweise vorsehen, die erste Gangstufe über die sechste Radpaarung RP6 in der Radebene RE5, die zweite Gangstufe über die fünfte Radpaarung RP5 in der vierten Radebene RE4, die dritte Gangstufe über die siebte Radpaarung RP7 in der Radebene RE 6, die vierte Gangstufe über die erste Radpaarung RP1 in der Radebene RE1, die fünfte Gangstufe über die zweite Radpaarung RP2 in der Radebene RE2 und die sechste und siebte Gangstufe über die Radpaarungen RP3 und RP4 der Doppelradebene RE3 umzusetzen, beispielsweise die sechste Gangstufe über die dritte Radpaarung RP3 und die siebte Gangstufe über die vierte Radpaarung RP4.
In der Darstellung der 2 ist eine alternative Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 102 dargestellt. Der Unterscheid einerseits besteht darin, dass das zweite Schaltelement S201 zweiten Vorgelegewelle V2 zu der Eingangswelle 5 wechselt und jetzt mit S202 bezeichnet ist. Die zweite Radpaarung RP2 besitzt nun also als drittes Zahnrad Z3 anstelle des Festrads auf der Eingangswelle 5 dort ein Losrad und koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle V2 dementsprechend das Zahnrad Z4 als ein Festrad. Das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S202 in dieser Ausführungsvariante können nun ebenso wie das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S401, was auch schon zuvor so war, als eine Art Doppelschaltelement mit einer gemeinsamen Schiebemuffe ausgebildet sein. Dies spart Aufwand hinsichtlich der Ansteuerung und der Aktuatorik. Bei dieser Ausführungsvariante wird dabei durch diesen Aufbau eine weitere Schaltelementeebene SE3 geschaffen, welche zwischen die erste Schaltelementeebene SE1 und die zweite Radebene RE2 in der eingangs beschriebenen Reihenfolge zwischengeschoben ist. Der weitere Aufbau der Hybrid-Antriebsvorrichtung 102 ist analog zum bereits beschriebenen Aufbau der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101 der vorhergehenden Figur.
Die Nutzung der einzelnen Radpaarungen RP1 bis RP7 und der entsprechenden Radebenen RE1 bis RE6 für die entsprechenden Übersetzungen können dabei wiederum analog zur Ausführungsvariante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101 in 1 auch bei dieser Ausführungsvariante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 102 umgesetzt werden. Auch hier kann also die Doppelradebene RE3 mit ihren beiden Radpaarungen RP3 und RP4 für die sechste und siebte Gangstufe eingesetzt werden. Die weiteren Radebenen RE1 bis RE6 und Radpaarungen RP1 bis RP7 werden wieder analog zur oben bereits beschriebenen Ausführungsvariante 101 aus 1 möglich. Dabei lassen sich beide in der Hybrid-Antriebsvorrichtung 102 beide oben beschreiben Möglichkeiten der Übersetzungen ebenso wie das konkrete Ausführungsbeispiel analog nutzen.
In der in 3 dargestellten Variante 103 der Hybrid-Antriebsvorrichtung 103 ist es so, dass die zweite Radpaarung RP2 nicht mehr zur zweiten Vorgelegewelle V2 hin abtreibt, sondern zur ersten Vorgelegewelle V1. Dann folgt die Doppelradebene RE3 mit den Radpaarungen RP3 und RP4, wie bisher auch. In der vierten Radebene RE4 ist der Aufbau dann umgekehrt. Anstatt wie bisher über die fünfte Radpaarung RP5 auf die erste Vorgelegewelle V1 zu treiben, wechselt der Abtrieb hier auf die zweite Vorgelegewelle V2. Vergleichbares gilt auch für die beiden weiteren Radpaarungen RP6 und RP7, welche ebenfalls auf die jeweils andere Vorgelegewelle V1, V2 als in den bisherigen Varianten der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, 102 treiben. Das bisherige Schaltelement S401 wandert dementsprechend in axialer Richtung der ersten Vorgelegewelle V1 auf die andere Seite der Doppelradebene und ist hier nun mit S402 bezeichnet. Das Schaltelement S701 wandert von der ersten auf die zweite Vorgelegewelle und ist hier nun mit S702 entsprechend bezeichnet. Die Schaltelemente S6 und S8 bleiben weitgehend an ihren Stellen, sind durch den neuen Aufbau jedoch in axialer Richtung entlang der Vorgelegewellen entsprechend verschoben.
Ein weiterer Aspekt betrifft das bisherige Schaltelement S501 zur drehfesten Verbindung des als Losrad ausgebildeten sechsten Zahnrads Z6 der dritten Radpaarung RP3 mit der zweiten Vorgelegewelle V2. Dies wandert auf die in axialer Richtung andere Seite des Zahnrads Z6 und wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel axial in die erste Schaltelementeebene SE1 verschoben.
Diese Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 103 erlaubt nun eine Doppelnutzung der Doppelradebene RE3 mit den Radpaarungen RP3 und RP4 für den fünften und sechsten Gang. So kann der Aufbau beispielsweise Übersetzungen in der Art aufweisen, dass die fünfte Radpaarung RP5 in der vierten Radebene RE4 sowie wechselweise die sechste Radpaarung RP6 in der fünften Radebene RE5 die Gänge eins und zwei bereitstellt. Der dritte Gang lässt sich wieder über die erste Radpaarung RP1 realisieren. Die vierte Gangstufe und die siebte Gangstufe lassen sich wechselweise entweder über die zweite Radpaarung RP2 oder die siebte Radpaarung RP7 realisieren, während über die beiden Radpaarungen RP3 und RP4 der Doppelradebene RE3 die fünfte und sechste Gangstufe umgesetzt wird.
In der Darstellung der 4 ist eine weitere Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 104 dargestellt. Diese Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 104 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 103 lediglich dadurch, dass das in der Variante 103 als S502 bezeichnete fünfte Schaltelement, welches dort in der ersten Schaltelementeebene SE1 angeordnet war, nunmehr als Schaltelement 503 bezeichnet ist und in die zweite Radebene RE2 auf der zweiten Vorgelegewelle V2 axial verschoben angeordnet ist. Ansonsten entspricht der Aufbau dem in der zuvor beschriebenen Variante.
Die Gangstufen in dieser Variante der Hybrid-Antriebsvorrichtung 104 ließen sich nun beispielsweise so realisieren, dass die sechste Radpaarung RP6 in der Radebene RE5 und die fünfte Radpaarung RP5 in der vierten Radebene RE4 wechselweise den ersten oder zweiten Gang ausbilden, während die zweite Radpaarung RP2 in der zweiten Radebene RE2 und die siebte Radpaarung RP7 in der sechsten Radebene RE6 wechselweise die Gänge drei und sieben ausbilden. Über die erste Radpaarung RP1 in der ersten Radebene RE1 ließe sich dann der vierte Gang realisieren, während die beiden Radpaarungen RP3 und RP4 in der als Doppelradebene genutzten Radebene RE3 den fünften und den sechsten Gang ausbilden könnten.
Alle Varianten der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, 102, 103, 104 gemäß den 1 bis 4 erlauben es dabei sieben Gänge ohne einen mechanischen Rückwärtsgang zu realisieren. Die Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, 102, 103, 104 kann vorzugsweise zum Antrieb einer ersten angetriebenen Achse eines Fahrzeugs eingesetzt werden, bei welchem eine zweite angetriebene Achse rein elektrisch angetrieben ist. Das Fahrzeug könnte dann prinzipiell über weitere angetriebene oder nicht angetriebene Achsen verfügen, wobei der Aufbau als Pkw typischerweise zwei Achsen vorsieht. Ein solcher Hybrid-Pkw ist dabei der bevorzugte, nicht jedoch ausschließliche Einsatzzweck der Hybrid-Antriebsvorrichtung 101, 102, 103, 104.

Claims

Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103,104) mit einem Verbrennungsmotor (2), einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe, wobei das Getriebe eine Eingangswelle (5) und wenigstens eine erste und eine zweite Vorgelegewelle (V1, V2) aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (2) über eine Trennkupplung (4) mit der Eingangswelle (5) direkt koppelbar ist, wobei sieben schaltbare Radpaarung (RP1, RP2, RP3, RP4, RP5, RP6, RP7) mit jeweils einem koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordneten Zahnrad (Z1, Z3, Z5, Z8, Z10, Z12) vorgesehen sind, wobei die erste Radpaarung (RP1) ein als Losrad ausgebildetes und koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnetes erstes Zahnrad (Z1) und ein als Losrad ausgebildetes und koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes zweites Zahnrad (Z2) aufweist, wobei die elektrische Maschine (3) derart an die erste Radpaarung (RP1) angebunden ist, dass Drehmomente, ausgehend von der elektrischen Maschine (3) über die erste Radpaarung (RP1) in das Getriebe eingeleitet werden können, wobei in einer axialen Richtung (a) gesehen die erste schaltbare Radpaarung (RP1), eine erste Schaltelementebene (SE1), die zweite schaltbare Radpaarung (RP2), die dritte schaltbare Radpaarung (RP3), die fünfte schaltbare Radpaarung (RP5), eine zweite Schaltelementebene (SE2), die sechste schaltbare Radpaarung (RP6), die siebte schaltbare Radpaarung (RP7) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, wobei die dritte und die vierte schaltbare Radpaarung (RP3, RP4) in der selben axialen Radebene (RE3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Radpaarung (RP1) in axialer Richtung (a) und von der Trennkupplung (4) aus gesehen in einer letzten Radebene (RE1) angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine (3) axial überlappend zu der Trennkupplung (4) angeordnet ist.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103,104) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Radpaarung (RP1) ein koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnetes erstes Zahnrad (Z1) und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes zweites Zahnrad (Z2) umfasst, die dritte Radpaarung (RP3) ein koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnetes fünftes Zahnrad (Z5) und ein koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle (V2) angeordnetes sechstes Zahnrad (Z6) umfasst und die vierte Radpaarung (RP4) das koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnete fünfte Zahnrad (Z5) und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes siebtes Zahnrad (Z7) umfasst.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltelementebene (SE1) zumindest ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes drittes Schaltelement (S3) und ein koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnetes erstes Schaltelement (S1) umfasst, und dass die zweite Schaltelementebene (SE2) zumindest ein koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle (V2) angeordnetes sechstes Schaltelement (S6) und ein koaxial zu der ersten Vorgelegewelle (V1) angeordnetes siebtes Schaltelement (S701, S702) umfasst.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (S1) zur drehfesten Verbindung des ersten Zahnrads (Z1) mit der Eingangswelle (5) vorgesehen ist, das dritte Schaltelement (S3) zur drehfesten Verbindung des zweiten Zahnrads (Z2) mit der ersten Vorgelegewelle (V1) vorgesehen ist, das vierte Schaltelement (S401, S402) zur drehfesten Verbindung des siebten Zahnrads (Z7) mit der ersten Vorgelegewelle (V1) vorgesehen ist und das fünfte Schaltelement (S501, S502, S503) zur drehfesten Verbindung des sechsten Zahnrads (Z6) mit der zweiten Vorgelegewelle (V2) vorgesehen ist.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (S3) und das vierte Schaltelement (S401) und/oder das erste Schaltelement (S1) und das zweite Schaltelement (S202) jeweils als Schaltelemente mit einer gemeinsamen Schiebemuffe ausgebildet sind.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die siebte Radpaarung (RP6) eine reine Radebene (RE6) bildet.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte und die sechste Radebene (RE5, RE6) jeweils ein Festrad koaxial zur Eingangswelle (5) umfassen, wobei ein Losrad der einen dieser Radebenen (RE5, RE6) koaxial zu der einen der Vorgelegewellen (V1, V2) und ein Losrad der anderen dieser Radebenen (RE5, RE6) koaxial zu der anderen der Vorgelegewellen (V2, V1) ausgebildet ist.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Zahnrad (Z6) der dritten Radebene (RE3) und eine Zahnrad (Z4, Z9) der zweiten Radebenen (RE2) oder der vierten Radebene (RE4) koaxial zu der einen der Vorgelegewellen (V1, V2) und direkt benachbart zueinander angeordnet sind, wobei ein weiteres Zahnrad (Z7) der dritten Radebene (RE3) und ein Zahnrad (Z9,Z4) der vierten Radebenen (RE4) oder der zweiten Radebene (RE2) koaxial zu der anderen der Vorgelegewellen (V2,V1) und direkt benachbart zueinander angeordnet sind.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102, 103, 104) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (a) zwischen der ersten Schaltelementeebene (SE1) und der zweiten Radebene (RE2) eine weitere Schaltelementebene (SE3) ausgebildet ist, welche das zweite Schaltelement (S202) und das vierte Schaltelement (S401) umfasst, wobei das vierte Schaltelement (S401) koaxial zu der einen der Vorgelegewellen (V1) und das zweite Schaltelement (S201) koaxial zu der Eingangswelle (5) angeordnet ist.
Hybrid-Antriebsvorrichtung (101, 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (4) axial überlappend zu einem drehfest mit der ersten Vorgelegewelle (V1) verbundenen ersten Abtriebsrad 7 und axial überlappend zu einem drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle (V2) verbundenen zweiten Abtriebsrad (8) angeordnet ist.