DE102020202344A1 - Hybrid-Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang - Google Patents

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Martin Brehmer
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Thomas Martin
Michael Wechs
Oliver BAYER
Thomas Kroh
Max Bachmann
Juri Pawlakowitsch
Peter Ziemer
Ingo Pfannkuchen
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Abstract

Hybrid-Getriebeanordnung in Planetenbauweise für einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Welle (1) zum Verbinden der Hybrid-Getriebeanordnungmit einem Verbrennungsmotor (VM) des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, mit einer zweiten Welle (2) als Abtrieb, der mit einer Leistungsverteilungseinrichtung (20) zum Verteilen von Antriebsleistung auf angetriebene Räder (AR1, AR2) verbunden ist, mit einem ersten Teilgetriebe (TG1), das wenigstens einen ersten Planetenradsatz (RS1) aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist, mit einem zweiten Teilgetriebe(TG2), das wenigstens einen zweiten Planetenradsatz (RS2, RS3) aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied (SR2) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2, RS3) mit der ersten Welle (1) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein zweites Glied (HR3) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2, RS3) mit der zweiten Welle (2) verbunden ist und wobei drittes Glied (HR2) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2, RS3) mit einem zweiten Glied (HR1; PT1') des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, mit einer ersten Mehrzahl von Schaltelementen (A-E), die dem ersten Teilgetriebe (TG1) und/oder dem zweiten Teilgetriebe (TG2) zugeordnet sind, zum Einrichten einer zweiten Mehrzahl von Übersetzungen zwischen der ersten Welle (1) und der zweiten Welle (2), mit einer Elektromaschine (EM), die einen Rotor (R) aufweist, der mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist, wobei die Elektromaschine (EM) koaxial zu der ersten Welle angeordnet ist und wobei wenigstens das erste Teilgetriebe (TG1) zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors (R) der Elektromaschine (EM) und in axialer Überlappung mit dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung in Planetenbauweise für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Welle zum Verbinden der Hybrid-Getriebeanordnung mit einem Verbrennungsmotordes Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, mit einer zweiten Welle als Abtrieb, der mit einer Leistungsverteilungseinrichtung zum Verteilen von Antriebsleistung auf angetriebene Räder verbunden ist, mit einem ersten Teilgetriebe, das wenigstens einen ersten Planetenradsatz aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Welle verbunden oder verbindbar ist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das wenigstens einen zweiten Planetenradsatz aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Welle verbindbar oder verbunden ist, wobei ein zweites Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Welle verbunden ist und wobei ein drittes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Glied des ersten Planetenradsatzes verbunden oder verbindbar ist, mit einer ersten Mehrzahl von Schaltelementen, die dem ersten Teilgetriebe und/oder dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind, zum Einrichten einer zweiten Mehrzahl von Übersetzungen zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle, mit einer Elektromaschine, die einen Rotor aufweist, der mit der ersten Welle verbunden oder verbindbar ist, wobei die Elektromaschine koaxial zu der ersten Welle angeordnet ist.
  • Eine derartige Getriebeanordnung ist aus dem Dokument DE 10 2012 207 017 A1 und aus dem Dokument DE 10 2015 223 275 A1 bekannt geworden.
  • Auf dem Gebiet der Getriebeanordnungen für Kraftfahrzeug-Antriebsstränge unterscheidet man generell zwischen Getriebeanordnungen in Stirnrad-Bauweise und solchen in Planetenbauweise. Bei Getriebeanordnungen in Stirnrad-Bauweise werden Übersetzungen zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb in der Regel durch Radpaarungen realisiert, die ein Losrad aufweisen, das mittels einer formschlüssigen Kupplung mit einer zugeordneten Welle verbindbar ist.
  • Bei Getriebeanordnungen in Planetenbauweise werden Übersetzungen zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb durch reibschlüssige Schaltelemente realisiert. Derartige reibschlüssige Schaltelemente können als Kupplungen oder als Bremsen ausgeführt sein. Die reibschlüssigen Schaltelemente sind häufig Lamellen-Schaltelemente.
  • Bei Getriebeanordnungen in Stirnrad-Bauweise ist eine Antriebswelle in der Regel über eine als Reibkupplung ausgebildete Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar, über die Anfahrvorgänge durchgeführt werden können. Bei Getriebeanordnungen in Planetenbauweise ist eine Antriebswelle in der Regel über einen hydrodynamischen Wandler mit einem Verbrennungsmotor verbunden.
  • Bei dem Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, das aus dem Dokument DE 10 2012 207 017 A1 bekannt geworden ist, sind zwei Planetenradsätze miteinander auf einfache Weise gekoppelt. Dabei sollen die getriebeseitigen Bremsen und Kupplungen von außen gut erreichbar sein.
  • Aus dem Dokument DE 10 2015 223 275 A1 ist ein Getriebe mit drei Planetenradsätzen bekannt, von denen zwei Planetenradsätze in einer Ebene angeordnet sind und einen gemeinsamen Planetenträger haben. Der andere Planetenradsatz ist als Minus-Radsatz ausgebildet.
  • Aus den beiden o.g. Dokumenten ist es auch bekannt, eine mit einem Verbrennungsmotor verbundene Antriebswelle über eine Reibkupplung mit einer Eingangswelle des jeweiligen Getriebes zu verbinden. Die Eingangswelle ist mit einem Rotor einer Elektromaschine drehfest verbunden, die koaxial zu der Eingangswelle angeordnet ist. Die Elektromaschine ist in axialer Richtung zwischen einem Verbrennungsmotor und den Planetenradsätzen der Getriebeanordnung angeordnet. Die Trennkupplung zwischen der Eingangswelle und der Verbrennungsmotorwelle ist jeweils radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet.
  • In derartigen Hybrid-Antriebssträngen kann Antriebsleistung sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einer Elektromaschine bereitgestellt werden. Die oben beschriebenen Hybrid-Getriebeanordnungen ermöglichen den Aufbau einer Parallelhybrid-Konfiguration, insbesondere einer P2-Parallelhybrid-Konfiguration. Dies ermöglicht sowohl einen rein verbrennungsmotorischen als auch einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb.
  • Die Integration einer Elektromaschine auf die Art und Weise, wie sie in den obigen Dokumenten beschrieben ist, führt jedoch zu einer größeren axialen Baulänge. Insbesondere bei einem Einbau einer solchen Getriebeanordnung in einem Fahrzeug in Querrichtung (beispielsweise Front-Quer oder Heck-Quer) steht jedoch nur ein begrenzter axialer Bauraum zur Verfügung.
  • Zur Vermeidung der axialen Bauraumverlängerung ist es denkbar, eine Elektromaschine achsparallel versetzt zu der Antriebswelle anzuordnen und über einen axial schmalen Stirnradsatz oder dergleichen mit der Antriebswelle zu verbinden.
  • Vorliegend ist es daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Hybrid-Getriebeanordnung in Planetenbauweise bereitzustellen, bei der ein geringer Bauraumbedarf in axialer Richtung realisierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hybrid-Getriebeanordnung in Planetenbauweise für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Welle zum Verbinden mit einem Verbrennungsmotor, mit einer zweiten Welle als Abtrieb, der mit einer Leistungsverteilungseinrichtung zum Verteilen von Antriebsleistung auf angetriebene Räder verbunden ist, mit einem ersten Teilgetriebe, das wenigstens einen ersten Planetenradsatz aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Welle verbunden oder verbindbar ist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das wenigstens einen zweiten Planetenradsatz aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Welle verbindbar oder verbunden ist, wobei ein zweites Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Welle verbunden ist und wobei ein drittes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Glied des ersten Planetenradsatzes verbunden oder verbindbar ist, mit einer ersten Mehrzahl von Schaltelementen, die dem ersten Teilgetriebe und/oder dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind, zum Einrichten einer zweiten Mehrzahl von Übersetzungen zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle, mit einer Elektromaschine, die einen Rotor aufweist, der mit der ersten Welle verbunden oder verbindbar ist, wobei die Elektromaschine koaxial zu der ersten Welle angeordnet ist und wobei wenigstens das erste Teilgetriebe zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine und in axialer Überlappung mit dem Rotor der Elektromaschine angeordnet ist.
  • Folglich ist es möglich, eine Elektromaschine koaxial und mit höherer Effizienz als bei einer achsparallelen Anordnung in die Hybrid-Getriebeanordnung zu integrieren. Ferner kann durch die axiale Überlappung zumindest des ersten Teilgetriebes der Hybrid-Getriebeanordnung mit dem Rotor der Elektromaschine eine kurze axiale Bauweise realisiert werden.
  • Bei der Hybrid-Getriebeanordnung bildet das erste Teilgetriebe mit dem ersten Planetenradsatz vorzugsweise einen sogenannten Vorschalt-Planetenradsatz. Das zweite Teilgetriebe mit dem wenigstens einen zweiten Planetenradsatz bildet vorzugsweise einen Hauptschaltradsatz. Antriebsleistung fließt dann in manchen Gangstufen von der ersten Welle über das erste Teilgetriebe in das zweite Teilgetriebe, und von dort zu dem Abtrieb. In anderen Gangstufen fließt Antriebsleistung von der ersten Welle in das zweite Teilgetriebe und von dort zum Abtrieb.
  • Vorzugsweise ist das erste Teilgetriebe vollständig radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine angeordnet.
  • Die folgenden Begriffe lassen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere wie folgt verstehen.
  • Ein Radsatz beinhaltet wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende (insbesondere kämmende) Zahnräder, die vorzugsweise in einer gemeinsamen radialen Radsatzebene liegen.
  • Ein Schaltelement dient zum Verbinden oder Lösen von Gliedern, wie zwei unterschiedlichen Drehgliedern oder einem Drehglied und einem Gehäuse. Ein Schaltelement kann durch eine Bremse gebildet sein, bei der ein Drehglied an einem Gehäuse festgelegt werden kann, oder durch eine Kupplung, bei der zwei Drehglieder miteinander verbunden werden können. Das Schaltelement ist vorzugsweise ein Reibelement, das in der Regel vorzugsweise nicht formschlüssig schaltbar ist.
  • Zwei relativ zueinander drehbare Glieder sind verbunden, wenn sie zwangsläufig mit einer proportionalen Drehzahl drehen. Der Begriff verbunden ist gleichzusetzen mit „wirkverbunden“. Unter einer „drehfesten Verbindung“ ist zu verstehen, dass die zwei Glieder mit der gleichen Drehzahl drehen. Zwei Glieder sind dann verbindbar, wenn sie entweder miteinander verbunden oder voneinander entkoppelt werden können. Vorzugsweise sind die Glieder mittels eines Schaltelementes wie einer Kupplung oder einer Bremse miteinander verbindbar.
  • Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.
  • Generell ist es denkbar, dass die erste Welle bei Einbau der Hybrid-Getriebeanordnung im Antriebsstrang mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.
  • Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Hybrid-Getriebeanordnung eine erste Kupplung aufweist, über die die erste Welle mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist.
  • Die erste Kupplung ist vorzugsweise eine Reibkupplung.
  • Bei dieser Ausgestaltung kann ein P2-Parallelhybridkonzept realisiert werden, bei dem die Elektromaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung koaxial zu der ersten Welle angeordnet ist und aufgrund der überlappenden Anordnung mit wenigstens dem zweiten Teilgetriebe eine axial kompakte Bauweise ermöglicht. Ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb ist bei geöffneter erster Kupplung möglich.
  • Die erste Kupplung ist vorzugsweise in axialer Richtung zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem Verbrennungsmotor angeordnet. Vorzugsweise ist die erste Kupplung in axialer Richtung an einem entgegengesetzten Ende zu der Elektromaschine angeordnet. Ein Ausgangsglied der ersten Kupplung ist vorzugsweise mit der ersten Welle drehfest verbunden, die sich vorzugsweise radial innerhalb des ersten Teilgetriebes und des zweiten Teilgetriebes bis zum axial gegenüberliegenden Ende erstreckt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Teilgetriebe einen Hauptschaltradsatz auf, der einen radial inneren Planetenradsatz und einen radial äußeren Planetenradsatz beinhaltet, wobei ein Hohlrad des radial inneren Planetenradsatzes fest mit einem Sonnenrad des radial äußeren Planetenradsatzes verbunden ist.
  • Bei dieser Ausführungsform kann das zweite Teilgetriebe axial besonders kompakt realisiert werden, da sämtliche Zahnräder des Hauptschaltradsatzes in einer radialen Ebene liegen können.
  • Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist das erste Teilgetriebe eine axiale Länge auf, die kleiner ist als eine axiale Länge des Rotors der Elektromaschine.
  • Folglich ist es möglich, dass das erste Teilgetriebe zwischen axialen Enden des Rotors der Elektromaschine angeordnet ist und axial nicht gegenüber dem Rotor vorsteht.
  • Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn das zweite Glied des ersten Planetenradsatzes über ein erstes Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar ist und/oder wenn ein drittes Glied des ersten Planetenradsatzes über ein zweites Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar ist.
  • Insbesondere dann, wenn sowohl das erste als auch das zweite Schaltelement vorhanden sind, kann der erste Planetenradsatz als Vorschaltradsatz zwei unterschiedliche Übersetzungen bereitstellen.
  • Von besonderem Vorzug ist es hierbei, wenn das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors der Elektromaschine und in axialer Überlappung mit dem Rotor der Elektromaschine angeordnet ist bzw. sind.
  • Folglich ist es bei dieser Ausführungsform möglich, radial und vorzugsweise auch axial innerhalb des Rotors der Elektromaschine nicht nur das erste Teilgetriebe sondern zusätzlich auch das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement anzuordnen. Folglich kann die axiale Baulänge weiter verkürzt werden.
  • Von besonderem Vorzug ist es, wenn das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes des ersten Teilgetriebes angeordnet ist bzw. sind.
  • Dies ermöglicht eine weitere Verringerung der Baugröße.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz angeordnet.
  • In einer Ausführungsform ist der Planetenradsatz dabei axial zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann beispielsweise das erste oder das zweite Schaltelement axial ausgerichtet sein mit dem ersten Planetenradsatz und in der gleichen Radialebene liegen, und das andere Schaltelement ist dann axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz.
  • Der Bauraum innerhalb des Rotors kann auf diese Weise effizient genutzt werden.
  • Bei der Hybrid-Getriebeanordnung ist es ferner insgesamt bevorzugt, wenn der Abtrieb in axialer Richtung auf einer dem ersten Teilgetriebe gegenüberliegenden Seite des zweiten Teilgetriebes angeordnet ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der Abtrieb folglich zwischen den Teilgetrieben und einem Eingang der Hybrid-Getriebeanordnung angeordnet.
  • Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn der Abtrieb in axialer Richtung zwischen dem zweiten Teilgetriebe und einer Kupplungsanordnung angeordnet ist.
  • Die Kupplungsanordnung kann beispielsweise die erste Kupplung beinhalten, kann jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein drittes Schaltelement und/oder ein viertes Schaltelement beinhalten.
  • Durch diese Maßnahme kann eine Mehrzahl von Schaltelementen integriert und folglich axial kompakt realisiert werden.
  • Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn das erste Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes über ein drittes Schaltelement mit der ersten Welle verbindbar ist und/oder wenn ein viertes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes über ein viertes Schaltelement mit der ersten Welle verbindbar ist.
  • Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn das das dritte Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement in axialer Richtung auf einer dem ersten Teilgetriebe gegenüberliegenden Seite des zweiten Teilgetriebes angeordnet ist.
  • In einer Ausführungsform ist zwischen dem zweiten Teilgetriebe und der Kupplungsanordnung ferner der Abtrieb angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist ein viertes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes über ein fünftes Schaltelement mit einem Gehäuse verbindbar.
  • Vorzugsweise ist das vierte Glied ferner über ein viertes Schaltelement mit der ersten Welle verbindbar.
  • Hierdurch kann eine Vielzahl von Übersetzungen mittels des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes realisiert werden.
  • Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn das fünfte Schaltelement in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet ist oder axial mit dem zweiten Teilgetriebe ausgerichtet ist.
  • Bei der zweiten Alternative liegen das fünfte Schaltelement und das zweite Teilgetriebe, insbesondere der zweite Planetenradsatz in einer gemeinsamen Radialebene.
  • Auch diese Ausführungsform trägt zu einer axial kompakten Bauweise bei.
  • Mit der Hybrid-Getriebeanordnung lassen sich vorzugsweise eine Mehrzahl von Vorwärtsgangstufen einrichten, vorzugsweise genau sechs Vorwärtsgangstufen. Ferner lässt sich vorzugsweise wenigstens eine Rückwärtsgangstufe einrichten.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das erste Glied des ersten Planetenradsatzes vorzugsweise ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes. Ferner ist ein zweites Glied des ersten Planetenradsatzes in einer Ausführungsform ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes. In einer zweiten Ausführungsvariante ist das zweite Glied des ersten Planetenradsatzes ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes. Das dritte Glied ist das jeweils verbleibende Glied des ersten Planetenradsatzes, also in der einen Ausführungsform der Planetenträger, und in der anderen Ausführungsform das Hohlrad.
  • Der wenigstens eine zweite Planetenradsatz beinhaltet vorzugsweise einen radial inneren und einen radial äußeren Planetenradsatz. Das erste Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes ist vorzugsweise ein Sonnenrad des radial inneren Planetenradsatzes. Ein zweites Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes ist vorzugsweise ein Hohlrad des radial äußeren Planetenradsatzes. Ein drittes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes ist vorzugsweise ein Hohlrad des radial inneren Planetenradsatzes, das vorzugsweise gleichzeitig ein Sonnenrad des radial äußeren Planetenradsatzes ist. Ein viertes Glied des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes ist vorzugsweise ein gemeinsamer Planetenträger des radial inneren und des radial äußeren Planetenradsatzes.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges mit einer Hybrid-Getriebeanordnung; und
    • 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Hybrid-Getriebeanordnung.
  • In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor VM auf, der drehfest mit einem Antrieb An einer Getriebeanordnung verbunden ist. Die Getriebeanordnung beinhaltet ferner einen Abtrieb Ab, der mit einer Leistungsverteilungseinrichtung 20 verbunden ist, die beispielsweise durch ein mechanisches Differential gebildet sein kann. Die Leistungsverteilungseinrichtung 20 ist dazu ausgebildet, Antriebsleistung auf angetriebene Räder AR1, AR2 zu verteilen.
  • Die nicht näher bezeichnete Getriebeanordnung beinhaltet ein erstes Teilgetriebe TG1 mit einem ersten Planetenradsatz RS1 sowie ein zweites Teilgetriebe TG2 mit wenigstens einem zweiten Planetenradsatz RS2/RS3. Der erste Planetenradsatz RS1 ist als Vorschaltradsatz ausgebildet. Der wenigstens eine zweite Planetenradsatz ist als Hauptschaltradsatz ausgebildet.
  • In den 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in Planetenbauweise beispielhaft gezeigt.
  • Die erfindungsgemäße Getriebeordnung umfasst jeweils ein Gehäuse 7, in dem eine erste Welle 1 als Antrieb An und eine zweite Welle 2 als Abtrieb Ab vorgesehen sind, wobei zumindest vier weitere Wellen 3, 4, 5, 6 vorgesehen sind. Ferner sind zumindest fünf Schaltelemente A, B, C, D, E vorgesehen, durch deren Betätigung mindestens sechs Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
  • In axialer Richtung ist bei der Getriebeanordnung der 1 zwischen dem Antrieb An und dem Abtrieb Ab eine Kupplungsanordnung mit einer ersten Kupplung K0 sowie zwei Schaltelementen D, C angeordnet. Ein Eingangsglied der ersten Kupplung K0 ist mit dem Antrieb An verbunden. Ein Ausgangsglied der ersten Kupplung K0 ist mit der ersten Welle 1 verbunden, die vorzugsweise koaxial zu dem Antrieb An angeordnet ist. Die erste Welle 1 ist ferner mit jeweiligen Eingangsgliedern der zwei Schaltelemente C, D verbunden. Das Ausgangsglied des Schaltelementes D ist mit einer dritten Welle 3 verbunden. Das Ausgangsglied des Schaltelementes C ist mit einer vierten Welle 4 verbunden.
  • In axialer Richtung schließt sich, ausgehend von dem Eingang gesehen, hinter dem Abtrieb Ab das zweite Teilgetriebe TG1 an, und dahinter das erste Teilgetriebe TG1. Der erste Planetenradsatz RS1 des ersten Teilgetriebes TG1 weist ein Sonnenrad SR1 auf, das mit der ersten Welle 1 verbunden ist. Ferner weist der erste Planetenradsatz RS1 erste Planetenräder P11 auf, die mit dem Sonnenrad SR1 in Eingriff stehen, sowie zweite Planetenräder P12, die mit einem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 in Eingriff stehen. Ferner stehen die ersten Planetenräder P11 und die zweiten Planetenräder P12 ebenfalls miteinander in Eingriff. Die ersten Planetenräder P11 und die zweiten Planetenräder P12 sind an einem gemeinsamen Planetenradträger PT1 drehbar gelagert.
  • Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels eines ersten Schaltelementes A mit dem Gehäuse 7 verbindbar. Ferner ist der gemeinsame Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Gehäuse 7 über ein zweites Schaltelement B verbindbar.
  • Das zweite Teilgetriebe TG2 weist einen radial inneren zweiten Planetenradsatz RS2 und einen radial äußeren dritten Planetenradsatz RS3 auf.
  • Der radial innere Planetenradsatz RS2 beinhaltet ein Sonnenrad SR2, das mit der vierten Welle verbunden ist. Ferner beinhaltet der radial innere Planetenradsatz RS2 eine Mehrzahl von Planetenrädern P2 sowie ein Hohlrad HR2. Die Planetenräder P2 stehen mit dem Sonnenrad SR2 und mit dem Hohlrad HR2 in Eingriff.
  • Der radial äußere Planetenradsatz RS3 beinhaltet ein Sonnenrad SR3, das fest mit dem Hohlrad HR2 des radial inneren Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Ferner weist der radial äußere Planetenradsatz RS3 Planetenräder P3 auf, die mit dem Sonnenrad SR3 sowie mit einem Hohlrad HR3 in Eingriff stehen.
  • Die Planetenräder P2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und die Planetenräder P3 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind an einem gemeinsamen Planetenradträger PT23 drehbar gelagert. Der gemeinsame Planetenradträger PT23 ist mit der dritten Welle 3 verbunden.
  • Ferner ist der Planetenradträger PT23 des zweiten Teilgetriebes TG2 über ein fünftes Schaltelement E mit dem Gehäuse 7 verbindbar. Das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit dem Abtrieb Ab verbunden, folglich mit der zweiten Welle 2.
  • Ferner ist das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1, das mit der fünften Welle 5 verbunden ist, mit dem Glied des zweiten Teilgetriebes TG2 verbunden, welches das Hohlrad HR2 des zweiten radial inneren Planetenradsatzes RS2 und das Sonnenrad SR3 des radial äußeren dritten Planetenradsatzes RS3 bildet.
  • Das fünfte Schaltelement E liegt vorzugsweise in der gleichen Radialebene wie die Planetenradsätze RS2/RS3.
  • Mit der Getriebeanordnung der 1 lassen sich die folgenden Gangstufen schalten:
    • - ein erster Gang durch das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement,
    • - ein zweiter Gang durch das dritte Schaltelement und das erste Schaltelement,
    • - ein dritter Gang durch das dritte Schaltelement und das zweite Schaltelement,
    • - ein vierter Gang durch das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement,
    • - ein fünfter Gang durch das vierte Schaltelement und das zweite Schaltelement,
    • - ein sechster Gang durch das vierte Schaltelement und das erste Schaltelement, und
    • - ein Rückwärtsgang durch das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement,
    wobei die jeweils nicht genannten Schaltelemente unbetätigt bzw. geöffnet sind.
  • Das fünfte Schaltelement kann als Klauenbremse ausgeführt sein. Das dritte Schaltelement und das zweite Schaltelement können als Reibschaltelemente ausgeführt sein.
  • Das dritte Schaltelement C und das zweite Schaltelement B können als Anfahrelemente ausgebildet sein.
  • Alternativ ist es möglich, dass das fünfte Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet ist und das dritte Schaltelement als Klauenkupplung ausgeführt ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das fünfte Schaltelement als Anfahrschaltelement ausgebildet ist.
  • Die in 1 gezeigte Getriebeanordnung beinhaltet ferner eine Elektromaschine EM. Die Elektromaschine EM ist an einem dem Verbrennungsmotor VM bzw. dem Antrieb An entgegengesetzten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet. Die Elektromaschine EM beinhaltet einen Stator S, der mit dem Gehäuse 7 verbunden ist, sowie einen Rotor R. Der Rotor R ist koaxial zu der ersten Welle 1 und ist mit der ersten Welle 1 verbunden, d.h. insbesondere drehfest verbunden.
  • Zu diesem Zweck beinhaltet die erste Welle 1 einen in 1 nicht näher bezeichneten Radialabschnitt, der mit dem Rotor R auf einer axialen Seite des ersten Teilgetriebes TG1 verbunden ist, die dem zweiten Teilgetriebe TG2 axial gegenüberliegt.
  • Der Rotor R ist so ausgebildet, dass er in radialer Richtung zwischen der Achse der ersten Welle 1 und dem Rotor R einen Bauraum zur Verfügung stellt, der eine gewisse radiale Erstreckung und eine axiale Länge LR hat.
  • Das erste Teilgetriebe TG1, das den ersten Planetenradsatz RS1 und vorzugsweise das erste Schaltelement A sowie das zweite Schaltelement B beinhaltet, ist radial innerhalb des Rotors R angeordnet. Das erste Teilgetriebe TG1 weist eine axiale Länge LK auf, die kleiner ist als axiale Länge LR des Rotors R. Das erste Teilgetriebe TG1 ist in axialer Richtung so angeordnet, dass es innerhalb von axialen Enden des Rotors angeordnet ist.
  • Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes RS1 angeordnet und über einen Steg mit dem Gehäuse verbunden, der sich aus dem Bauraum innerhalb des Rotors R in axialer Richtung hin zu dem Eingang der Getriebeanordnung erstreckt und axial benachbart zu der Elektromaschine EM mit dem Gehäuse 7 verbunden ist.
  • Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet, so dass die Verbindung mit den Gliedern des ersten Planetenradsatzes einfach realisierbar ist. Das erste Schaltelement A, das mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, kann axial auch mit dem ersten Planetenradsatz RS1 ausgerichtet sein.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsvariante einer Getriebeanordnung gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Getriebeanordnung der 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
  • Bei der Getriebeanordnung der 2 ist das zweite Teilgetriebe TG2 identisch aufgebaut wie bei der Getriebeanordnung der 1.
  • Auch die Anordnung des Abtriebes Ab in Bezug auf das zweite Teilgetriebe TG2 und die Anordnung der Kupplungsanordnung mit der ersten Kupplung K0 und den Schaltelementen C und D ist genauso realisiert wie bei der zuvor diskutierten Ausführungsvariante.
  • Bei der Getriebeanordnung der 2 ist das erste Teilgetriebe TG1' etwas anders aufgebaut als bei der Ausführungsform der 1.
  • Genauer gesagt beinhaltet der erste Planetenradsatz RS1' ein Sonnenrad SR1, das mit der ersten Welle 1 verbunden ist. Ferner beinhaltet der erste Planetenradsatz RS1' eine Mehrzahl von Planetenrädern P1', die sowohl mit dem Sonnenrad SR1 in Eingriff stehen als auch mit einem Hohlrad HR1' des ersten Planetenradsatzes RS1. Die Planetenräder P1' sind an einem Planetenradträger PT1' drehbar gelagert, der mit der fünften Welle 5' verbunden ist und der über das erste Schaltelement A mit dem Gehäuse 7 verbindbar ist. Das Hohlrad HR1' des ersten Planetenradsatzes RS1' ist über das Schaltelement B mit dem Gehäuse 7 verbindbar.
  • Der Planetenradträger PT1' des ersten Planetenradsatzes RS1' ist mit jenem Glied des zweiten Teilgetriebes TG2 verbunden, welches das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 bildet.
  • Der erste Planetenradsatz RS1' ist folglich als Minus-Satz ausgebildet, und die Planetenradträger- und Hohlradanbindung sind gegenüber der Variante der 1 vertauscht.
  • Bei der Getriebeanordnung der 2 lassen sich insbesondere sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang bilden, wobei die folgenden Gänge durch Betätigen der angegebenen Elemente schaltbar sind:
    • - ein erster Gang bzw. Vorwärtsgang durch das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement,
    • - ein zweiter Gang durch das dritte Schaltelement und das erste Schaltelement,
    • - ein dritter Gang durch das dritte Schaltelement und das zweite Schaltelement,
    • - ein vierter Gang durch das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement,
    • - ein fünfter Gang durch das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement,
    • - ein sechster Gang durch das erste Schaltelement und das vierte Schaltelement, und
    • - ein Rückwärtsgang durch das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement,
    wobei die jeweils nicht genannten Elemente unbetätigt bzw. geöffnet sind.
  • Bei beiden Ausführungsvarianten der 1 und 2 ist die Elektromaschine EM koaxial zu der ersten Welle 1 angeordnet. In beiden Ausführungsvarianten ist das erste Teilgetriebe TG1 radial innerhalb des Rotors R der Elektromaschine EM und in axialer Überlappung mit dem Rotor der Elektromaschine EM angeordnet.
  • Durch die Anbindung des Rotors R der Elektromaschine EM an die erste Welle 1 und durch die Tatsache, dass die erste Welle 1 über die erste Kupplung K0 mit dem Verbrennungsmotor VM verbunden ist, ist eine P2-Parallel-Hybridanordnung gebildet. Folglich kann elektromotorische Antriebsleistung als Zusatzantriebsleistung zu der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors VM hinzugefügt werden.
  • Alternativ ist es denkbar, die Elektromaschine als Generator zu betreiben, um eine Batterie zu laden, wenn ein rein verbrennungsmotorischer Antrieb erfolgt. Auch ein rein elektromotorischer Antrieb ist möglich, wenn die erste Kupplung K0 geöffnet ist. Es sind dann im elektromotorischen Fahrbetrieb die gleichen Gangstufen nutzbar, wie in dem reinen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb.
  • Generell ist es auch denkbar, die Getriebeanordnungen der 1 und 2 ohne die erste Kupplung K0 zu realisieren. In diesem Fall ist ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb in der Regel nicht möglich, wenn der Antrieb nämlich mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, der im rein elektromotorischen Fahrbetrieb abgeschaltet wird und folglich mitgeschleppt werden müsste.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Welle
    2
    zweite Welle
    3
    dritte Welle
    4
    vierte Welle
    5
    fünfte Welle
    6
    sechste Welle
    7
    Gehäuse
    10
    Antriebsstrang
    20
    Leistungsverteilungseinrichtung
    AR1
    erstes angetriebenes Rad
    AR2
    zweites angetriebenes Rad
    R
    Rückwärtsgang
    A
    erstes Schaltelement als Bremse
    B
    zweites Schaltelement als Bremse
    C
    drittes Schaltelement als Kupplung
    D
    viertes Schaltelement als Kupplung
    E
    fünftes Schaltelement als Bremse
    K0
    erste Kupplung
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz
    RS3
    dritter Planetenradsatz
    SR1
    Sonnenrad erster Planetenradsatz
    P11
    erste Planetenräder erster Planetenradsatz
    P12
    zweite Planetenräder erster Planetenradsatz
    P1'
    Planetenräder erster Planetenradsatz
    PT1
    (gemeinsamer) Planetenradträger erster Planetenradsatz
    HR1
    Hohlrad erster Planetenradsatz
    SR2
    Sonnenrad zweiter Planetenradsatz
    P2
    Planetenräder zweiter Planetenradsatz
    HR2
    Hohlrad zweiter Planetenradsatz
    SR3
    Sonnenrad dritter Planetenradsatz
    P3
    Planetenräder dritter Planetenradsatz
    HR3
    Hohlrad dritter Planetenradsatz
    PT23
    Gemeinsamer Planetenradsatz zweiter und dritter Planetenradsatz
    TG1
    Erstes Teilgetriebe
    TG2
    Zweites Teilgetriebe
    An
    Antrieb
    Ab
    Abtrieb
    EM
    Elektromotor
    S
    Stator
    R
    Rotor
    LR
    Axiale Länge Rotor
    LK
    Axiale Länge erstes Teilgetriebe
    VM
    Verbrennungsmotor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012207017 A1 [0002, 0006]
    • DE 102015223275 A1 [0002, 0007]

Claims (14)

  1. Hybrid-Getriebeanordnung in Planetenbauweise für einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeugs, mit - einer ersten Welle (1) zum Verbinden der Getriebe-Hybridanordnung mit einem Verbrennungsmotor (VM) des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, - einer zweiten Welle (2) als Abtrieb, der mit einer Leistungsverteilungseinrichtung (20) zum Verteilen von Antriebsleistung auf angetriebene Räder (AR1 ,AR2) verbunden ist, - einem ersten Teilgetriebe (TG1), das wenigstens einen ersten Planetenradsatz (RS1) aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied (SR1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist, - einem zweiten Teilgetriebe(TG2), das wenigstens einen zweiten Planetenradsatz (RS2,RS3) aufweist, wobei wenigstens ein erstes Glied (SR2) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) mit der ersten Welle (1) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein zweites Glied (HR3) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) mit der zweiten Welle (2) verbunden ist und wobei drittes Glied (HR2) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) mit einem zweiten Glied (HR1; PT1') des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden oder verbindbar ist, - einer ersten Mehrzahl von Schaltelementen (A-E), die dem ersten Teilgetriebe (TG1) und/oder dem zweiten Teilgetriebe (TG2) zugeordnet sind, zum Einrichten einer zweiten Mehrzahl von Übersetzungen zwischen der ersten Welle (1) und der zweiten Welle (2), - einer Elektromaschine (EM), die einen Rotor (R) aufweist, der mit der ersten Welle (1) verbunden oder verbindbar ist,wobei die Elektromaschine (EM) koaxial zu der ersten Welle angeordnet ist und wobei wenigstens das erste Teilgetriebe (TG1) zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors (R) der Elektromaschine (EM) und in axialer Überlappung mit dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) angeordnet ist.
  2. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1, mit einer ersten Kupplung (K0), über die die erste Welle (1) mit dem Verbrennungsmotor (VM) verbindbar ist.
  3. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Teilgetriebe (TG2) einen Hauptschaltradsatz (RS2,RS3) aufweist, der einen radial inneren Planetenradsatz (RS2) und einen radial äußeren Planetenradsatz (RS3) beinhaltet, wobei ein Hohlrad (HR2) des radial inneren Planetenradsatzes (RS2) fest mit einem Sonnenrad (SR3) des radial äußeren Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist.
  4. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das erste Teilgetriebe (TG1) eine axiale Länge (LK) aufweist, die kleiner ist als eine axiale Länge (LR) des Rotors (R) der Elektromaschine (EM).
  5. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, das zweite Glied (HR1; PT1') des ersten Planetenradsatzes über ein erstes Schaltelement (A) mit einem Gehäuse (7) verbindbar ist und/oder wobei ein drittes Glied (PT1; HR1') des ersten Planetenradsatzes über ein zweites Schaltelement (B) mit einem Gehäuse (7) verbindbar ist.
  6. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 5, wobei das erste Schaltelement (A) und/oder das zweite Schaltelement (B) zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors (R) der Elektromaschine und in axialer Überlappung mit dem Rotor (R) der Elektromaschine angeordnet ist.
  7. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das erste Schaltelement (A) und/oder das zweite Schaltelement (B) radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes (RS1) angeordnet ist.
  8. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das erste Schaltelement (A) und/oder das zweite Schaltelement (B) axial benachbart zu dem ersten Planetenradsatz (RS1) angeordnet sind.
  9. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Abtrieb (Ab) in axialer Richtung auf einer dem ersten Teilgetriebe (TG1) gegenüber liegenden Seite des zweiten Teilgetriebes (TG2) angeordnet ist.
  10. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 2-9, wobei der Abtrieb (Ab) in axialer Richtung zwischen dem zweiten Teilgetriebe (TG2) und einer Kupplungsanordnung (K0) angeordnet ist.
  11. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das erste Glied (SR2) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) über ein drittes Schaltelement (C) mit der ersten Welle (1) verbindbar ist und/oder wobei ein viertes Glied (PT23) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) über ein viertes Schaltelement (D) mit der ersten Welle (1) verbindbar ist.
  12. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 11, wobei das dritte Schaltelement (C) und/oder das vierte Schaltelement (D) in axialer Richtung auf einer dem ersten Teilgetriebe (TG1) gegenüberliegenden Seite des zweiten Teilgetriebes (TG2) angeordnet ist.
  13. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1-12, wobei ein viertes Glied (PT23) des wenigstens einen zweiten Planetenradsatzes (RS2,RS3) über ein fünftes Schaltrelement (E) mit einem Gehäuse (7) verbindbar ist.
  14. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 13, wobei das fünfte Schaltelement (E) in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe (TG1, TGH2) angeordnet ist oder axial mit dem zweiten Teilgetriebe (TG2) ausgerichtet ist.
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