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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Achse, wobei die erste Achse als elektrische Achse ausgebildet ist, und einer zweiten Achse, wobei der zweiten Achse ein Hybrid-Getriebeanordnung zugeordnet ist, wobei die Hybrid-Getriebeanordnung eine Getriebeanordnung und wenigstens einen Elektromotor aufweist, und an einen Verbrennungsmotor angebunden ist, wobei die Getriebeanordnung als Gangwechselgetriebe ausgebildet ist und wenigstens ein Planetengetriebe und wenigstens ein Stirnradgetriebe aufweist.
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Es sind grundsätzlich eine Vielzahl an Getriebetypen bekannt. Neben reinen Planetengetrieben und reinen Stirnradgetrieben gibt es auch Mischgetriebe. Als Mischgetriebe wird in der vorliegenden Anmeldung ein Getriebe angesehen, bei dem unterschiedliche Gangstufen mit einem Planetengetriebe oder einem Stirnradgetriebe realisiert sind. Ein Mischgetriebe liegt nicht bereits dann vor, wenn nach einem Planetengetriebe zur Realisierung der unterschiedlichen Gangstufen nach eine Stirnradstufe als Konstantübersetzung zu einem Differenzial verwendet wird.
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Bei der Realisierung von Getrieben gibt es zwei unterschiedliche Ansätze. Zum einen können die Getriebe möglichst langbauend aber in radialer Richtung kurz für eine Heck-Längs-Anordnung ausgebildet werden. Alternativ ist es bekannt, für eine Front-Quer-Anordnung die Getriebe axial kurz aber in radialer Richtung länger auszubilden.
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Weiterhin ist es bekannt, Antriebsstränge dadurch zu hybridisieren, dass ein Elektromotor vorgesehen ist, der ebenfalls Drehmoment über das Getriebe in den Antriebsstrang abgeben kann.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer Hybrid-Getriebeanordnung anzugeben, wobei die Hybrid-Getriebeanordnung sowohl in einer Front-Quer-Anordnung als auch in einer Heck-Längs-Anordnung verbaut sein kann. Es geht also darum, die Hybrid-Getriebeanordnung so auszugestalten, dass sie, ohne bauliche Änderungen, in einem ersten Fahrzeug einen ersten Einbauort und in einem zweiten Fahrzeug einen zweiten Einbauort ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass das Stirnradgetriebe zwei Getriebeeingangswellen aufweist, von denen die erste Getriebeeingangswelle direkt ohne Zwischenschaltung des Planentengetriebes und die zweite Getriebeeingangswelle unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes an den Verbrennungsmotor angebunden ist. Das Planetengetriebe und das Stirnradgetriebe können also wahlweise seriell verwendet werden oder das Stirnradgetriebe sozusagen allein. Das Stirnradgetriebe ist dabei grundsätzlich wie ein Doppelkupplungsgetriebe aufgebaut, jedoch benötigt es keine Doppelkupplung. Durch die Kombination mit dem Planetengetriebe ergeben sich dadurch eine Vielzahl an Funktionsmöglichkeiten.
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Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Achse auf. Unter einer elektrischen Achse wird in der vorliegenden Anmeldung eine Achse verstanden, der ein eigener Elektromotor zugeordnet ist. Dementsprechend weist das Kraftfahrzeug einen ersten Elektromotor an der ersten Achse und einen zweiten Elektromotor an der zweiten Achse auf, wobei der zweite Elektromotor der zweiten Achse an die Hybrid-Getriebeeinrichtung angebunden ist. Der Elektromotor der ersten, elektrischen Achse kann direkt auf die Achse abtreiben, es kann aber auch noch ein ein- oder zweistufiges Getriebe zwischengeschaltet sein.
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Die zweite Getriebeeingangswelle ist vorteilhafterweise als Hohlwelle ausgebildet. Weiterhin kann die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein und diese umgreifen. Die erste Getriebeeingangswelle führt also durch die zweite Getriebeeingangswelle.
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Vorzugsweise kann die Getriebeanordnung genau ein Planetengetriebe aufweisen. Bevorzugt kann sich das Planetengetriebe im Drehmomentfluss des Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors vor dem Stirnradgetriebe befinden.
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Vorzugsweise kann ein Hohlrad des Planetengetriebes eingangsseitig zum Verbrennungsmotor angeordnet sein. D.h. dass das Hohlrad ausgehend vom Verbrennungsmotor das erste Bauteil des Planetengetriebes ist, bei dem Drehmoment ankommt.
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Vorzugsweise kann ein Sonnenrad des Planetengetriebes eingangsseitig zum zweiten Elektromotor angeordnet sein. D.h. dass das Sonnenrad ausgehend vom zweiten Elektromotor das erste Bauteil des Planetengetriebes ist, bei dem Drehmoment ankommt.
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Vorzugsweise kann ein Planetenträger des Planetengetriebes ausgangsseitig angeordnet sein.
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Vorzugsweise kann das Stirnradgetriebe höchstens vier Vorwärtsgangstufen, insbesondere genau vier Vorwärtsgangstufen, aufweisen. Die besondere Herausforderung bei der Ausgestaltung der Hybrid-Getriebeanordnung besteht darin, die Hybrid-Getriebeanordnung weder in axialer noch in radialer Richtung zu lang werden zu lassen. Dementsprechend ist trotz der zwei Getriebeeingangswellen vorgesehen, dass das Stirnradgetriebe höchstens vier Vorwärtsgangstufen aufweist.
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Bevorzugt kann das Stirnradgetriebe genau eine Radsatzebene für jede Vorwärts-gangstufe aufweisen. Dann weist bei vier Vorwärtsgangstufen das Stirnradgetriebe vier Radsatzebenen für die Vorwärtsgänge auf. Eine derartige Anordnung würde man bei Front-Quer-Getrieben vermeiden.
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Vorteilhafterweise kann die Hybrid-Getriebeanordnung genau eine Vorgelegewelle aufweisen. Durch diese Maßnahme kann in radialer Richtung Bauraum eingespart werden.
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Vorzugsweise kann auf wenigstens einer Getriebeeingangswelle, insbesondere beiden Getriebeeingangswellen, ausschließlich Festräder angeordnet sein. In Kombination mit der Verwendung einer einzigen Vorgelegewelle ergibt sich, dass auf einer Seite der Hybrid-Getriebeanordnung offener Bauraum verbleibt, der variabel genutzt werden kann.
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Dementsprechend können weiterhin auf wenigstens einer Vorgelegewelle als Gangräder ausschließlich Losräder angeordnet sein. Ist lediglich eine Vorgelegewelle vorhanden, sind auf dieser alle Gang-Losräder angeordnet. Dabei ist selbstverständlich zu beachten, dass weiterhin bevorzugt auf der Vorgelegewelle wenigstens ein Festrad zur Anbindung an ein Differenzial angeordnet ist. Dieses Festrad treibt auf das Differenzial ab und ist nicht als Losrad ausgestaltet. Bei der Betrachtung der Gangräder wird es aber nicht berücksichtigt, da dieses Festrad nicht zu den Gangrädern gezählt wird.
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Bevorzugt kann das Festrad zum Abtrieb auf ein Differenzial an einem Ende der Vorgelegewelle angeordnet sein. Vorzugsweise kann es am eingangsseitigen Ende der Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Eingangsseite ist diejenige Seite, auf der das Drehmoment in die Hybrid-Getriebeanordnung eingebracht wird.
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Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeanordnung eine Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes aufweisen. Diese Kupplung ermöglicht, dass das Stirnradgetriebe wie ein herkömmliches Doppelkupplungsgetriebe im Hinblick auf die Gangübersetzungen, also die Gangstufen, ausgelegt werden kann. Ist ein Planentengetriebe verblockt, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets 1. Anders ausgedrückt läuft das Planetengetriebe als Block um. Dann verhält sich die Hybrid-Getriebeanordnung so, als wäre kein Planetengetriebe vorhanden.
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Vorteilhafterweise ist die Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes direkt neben dem Planetengetriebe angeordnet. Die Kupplung kann das Hohlrad und das Sonnenrad des Planetengetriebes miteinander koppeln.
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Alternativ kann die Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes am Ende der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Es liegt dann zwischen den Teilgetrieben. Dabei kann Bauraum eingespart werden, indem bspw. die Betätigung zusammen mit einem anderen Schaltelement geteilt werden kann.
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Vorzugsweise kann die Getriebeanordnung oder der Antriebsstrang eine Trennkupplung aufweisen. Bevorzugt ist diese zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Planetengetriebe angeordnet. Weiterhin kann die Trennkupplung nach einer Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Mittels der Trennkupplung lässt sich der Verbrennungsmotor zum rein elektrischen Fahren abkoppeln, wodurch die elektrische Fahrt energieeffizienter wird.
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Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeanordnung und damit das Kraftfahrzeug sechs Schaltelemente auf, wobei die Trennkupplung nicht mitgezählt ist. Die Schaltkupplungen zur Verbindung eines Losrades und einer Welle sind dabei vorzugsweise als Klauenkupplungen ausgestaltet. Bevorzugt ist auch die Kupplung zur Verblockung des Planetengetriebes als Klauenkupplung ausgestaltet.
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Die Trennkupplung ist bevorzugt als Reibungskupplung ausgestaltet.
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Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein
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Vorteilhafterweise ist der zweite Elektromotor mit dem Planetengetriebe wirkverbunden. Das Planetengetriebe kann insbesondere als Summierglied dienen.
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Vorzugsweise kann das Planetengetriebe radial innerhalb des Elektromotors angeordnet sein. Dadurch kann bei einer koaxialen Anordnung des zweiten Elektromotors eine effiziente Raumaufteilung erzielt werden. Alternativ kann der zweite Elektromotor achsparallel angeordnet werden. Er kann dann über eine Zahnradstufe oder eine Kette an das Planetengetriebe angebunden werden.
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Vorzugsweise können der zweiten Getriebeeingangswelle wenigstens eine, insbesondere alle, ungeraden Vorwärts-Gangstufen zugeordnet sein. Weiterhin kann auf der zweiten Getriebeeingangswelle ein Rückwärtsgang-Zahnrad angeordnet sein.
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Bevorzugt können die Getriebeeingangswellen, das Planetengetriebe und/oder eine Kupplung und/oder Trennkupplung und/oder der zweite Elektromotor auf einer Achse angeordnet sein. Dieser Aufbau ist wie beschrieben grundsätzlich für eine Hecklängsanordnung gedacht, da dabei einige Gestaltungsmerkmale, die üblicherweise bei Heck-Längs-Getrieben verwendet werden, anzutreffen sind.
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Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor achsparallel zur Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet ist. Liegen andere oder die meisten anderen Bauteile des Antriebsstrangs auf der Achse der Getriebeeingangswellen kann, wie oben bereits erwähnt, Bauraum freigelassen werden. Dieser wird dann nicht mit anderen Getriebeteilen sondern mit dem Verbrennungsmotor belegt. Bei einem Front-Quer-Einbau der Hybrid-Getriebeanordnung kann der freigewordene radiale Bauraum mit dem Verbrennungsmotor belegt werden. Wird die Hybrid-Getriebeanordnung in einer Heck-Längs-Variante verbaut, dann kann der Verbrennungsmotor auf der gleichen Achse wie die Getriebeeingangswellen liegen. Es kann also immer dasselbe Getriebe verwendet werden, nur die Einbauposition im Kraftfahrzeug unterscheidet sich.
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Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeanordnung auf der Eingangsseite ein Zahnrad zur Anbindung des Verbrennungsmotors auf. Das
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Alternativ kann der Verbrennungsmotor auf der Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei einem Heck-Längs-Einbau bevorzugt
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Dadurch können die Stückkosten pro Getriebe verringert werden, da einerseits eine größere Anzahl an gleichen Bauteilen gefertigt wird und andererseits die Anzahl der Fertigungslinien geringgehalten werden kann. Dies ist möglich durch eine Gestaltung des Getriebes, das grundsätzlich als eine Art kurzes Heck-Längs-Getriebe ausgestaltet wird und das dabei Platz für den Verbrennungsmotor bei einem Front-Quer-Einbau lässt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer ersten Ausgestaltung,
- 3 eine Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung nach 2,
- 4 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
- 5 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer dritten Ausgestaltung,
- 6 eine zweite Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung nach 5,
- 7 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer vierten Ausgestaltung,
- 8 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer fünften Variante;
- 9 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer sechsten Variante;
- 10 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer siebten Variante;
- 11 einen Hybrid-Antriebsstrang in einer ersten Variante;
- 12 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer achten Variante;
- 13 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer neunten Variante;
- 14 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer zehnten Variante;
- 15 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer elften Variante;
- 16 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer zwölften Variante;
- 17 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer dreizehnten Variante;
- 18 einen Hybrid-Antriebsstrang in einer zweiten Variante;
- 19 einen Hybrid-Antriebsstrang in einer dritten Variante;
- 20 einen Hybrid-Antriebsstrang in einer vierten Variante;
- 21 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer vierzehnten Variante;
- 22 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer fünfzehnten Variante;
- 23 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer sechzehnten Variante.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer ersten Achse 2 und einer zweiten Achse 3. Die zweite Achse 3 ist Teil eines Hybrid-Antriebsstrangs 4, der einen Verbrennungsmotor 5, eine Hybrid-Getriebeanordnung 6 und ein Differenzial 7 aufweist.
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Die erste Achse 2 weist einen ersten Elektromotor EM1 und ein Differenzial 8 auf. In der gezeigten Darstellung ist das Differenzial 7 das Differenzial der Vorderachse und das Differenzial 8 das Differenzial der Hinterachse. Wie sich aus der Einführung aber bereits ergibt, kann die Position der Hybrid-Getriebeanordnung 6 auch vertauscht werden, sodass die erste Achse 2 die Vorderachse und die zweite Achse 3 die Hinterachse ist. Dies ist möglich, weil sich der Verbrennungsmotor 5 und die Hybrid-Getriebeanordnung 6 sowohl Front-Quer als auch Heck-Längs verbauen lassen.
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Im Folgenden werden Hybrid-Getriebeanordnungen 6 vorgestellt, die einen derartigen Einbau zulassen. Dabei wird der Elektromotor EM2 als Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 betrachtet. Dies ist aber nicht zwingend, der Elektromotor EM2 kann auch von der eigentlichen Getriebeanordnung beabstandet verbaut sein und mit dieser lediglich wirkverbunden sein. Die gemeinsame Betrachtung erzwingt also nicht eine Bauraumnähe.
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2 zeigt eine Hybrid-Getriebeanordnung 6 in einer ersten Ausgestaltung. Neben dem zweiten Elektromotor EM2 sind eine Trennkupplung K0, eine Kupplung K3 zum Verblocken eines Planetengetriebes 9, ein Stirnradgetriebe 10 sowie das Differenzial 7 dargestellt. Bei dem Differenzial kann es sich grundsätzlich auch um das Differenzial 8 handeln, wenn die Hybrid-Getriebeanordnung an der Hinterachse eingebaut ist. Aus Richtung des Verbrennungsmotors 5 befinden sich folgende Bauteile im Drehmomentpfad:
- Die Trennkupplung K0 dient dem Abkoppeln des Verbrennungsmotors bei rein elektrischer Fahrt. Sie ist vorzugsweise als Reibungskupplung ausgestaltet. Dies gilt unabhängig von der konkreten Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6.
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Die Kupplung K3 zum Verblocken des Planetengetriebes 9 kann das Hohlrad 12 und das Sonnenrad 14 des Planetengetriebes verbinden. Das Hohlrad 12 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 16 drehfest verbunden. Der Planetenträger 18 ist dagegen mit der zweiten Getriebeeingangswelle 20 drehfest verbunden. Ist die Kupplung K3 geschlossen können sowohl die erste Getriebeeingangswelle 16 als auch die zweite Getriebeeingangswelle 20 angetrieben werden. Über das Planetengetriebe 9 können die Gangwechsel vollzogen werden. Diese Variante der Entlastung und Belastung der Gangstufen ist unter dem Namen elektrodynamisches Schalten (EDS) bekannt. Dabei werden die Drehzahlen der Getriebeeingangswellen mithilfe des Planetengetriebes und dem daran angreifenden Elektromotor auf die Drehzahl der Vorgelegewelle synchronisiert ohne dass Synchronisiereinrichtungen verwendet werden.
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Der zweite Elektromotor EM2 ist an das Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 9 angebunden. Der Elektromotor EM2 ermöglicht einen rein elektrischen Antrieb der zweiten Achse 3 und damit auch des Kraftfahrzeugs 1.
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Das Stirnradgetriebe 10 weist genau vier Gangstufen G1, G2, G3 und G4 für vier verbrennungsmotorische Vorwärtsgänge V1, V2, V3 und V4 und vier elektrische Vorwärtsgänge E1, E2, E3 und E4 auf. Diese sind in vier Radebenen R1, R2, R3 und R4 angeordnet. Die Gangstufen bieten unterschiedliche Übersetzungen an unabhängig davon, ob das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 5 und/oder Elektromotor EM2 bereitgestellt wird.
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Auf der zweiten Getriebeeingangswelle sind die Festräder 22 und 24 der Vorwärtsgangstufen G1 und G3 angeordnet. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 sind die Festräder 26 und 28 der Vorwärtsgangstufen G2 und G4 angeordnet. Dabei befinden sich bevorzugt die Festräder mit den größten Durchmessern axial außen. So ist der Durchmesser der Zahnfesträder 22 und 28 größer als der Durchmesser der Festräder 24 und 26.
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Die Getriebeanordnung 11 ist ein Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 und umfasst das Planetengetriebe 9 und das Stirnradgetriebe 10. Ein weiterer Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 ist der zweite Elektromotor EM2.
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Die Hybrid-Getriebeanordnung 6 weist eine einzige Vorgelegewelle 30 auf. Auf der Vorgelegewelle 30 sind die Losräder 32, 34, 36 und 38 der Gangstufen G1 bis G4 angeordnet. Weiterhin ist auf der Vorgelegewelle 30 ein Zahnfestrad 40 zur Anbindung an das Differenzial 7 oder 8 angeordnet. Dieses ist auf der Eingangsseite der Hybrid-Getriebeanordnung 6 angeordnet. Die Eingangsseite ist dabei die Seite, auf der das Drehmoment zur Getriebeanordnung 11 gelangt. Wie bereits beschrieben wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor auf das Planentengetriebe 9 abgegeben, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Kupplung K0 und/oder der Kupplung K3. Dies stellt damit die Eingangsseite der Hybrid-Getriebeanordnung 6 da.
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Weiterhin weist die Hybrid-Getriebeanordnung 6 zwei Schalteinrichtungen S1 und S2 auf. Jede der Schalteinrichtung S1 und S2 umfasst zwei Schaltkupplungen: die Schalteinrichtung S1 die Schaltkupplungen A und C, die Schalteinrichtung S2 die Schaltkupplungen B und D.
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2 lässt sich folgendermaßen zusammenfassen:
- • Es gibt ein Teilgetriebe TG1 (Hohlwelle als Eingangswelle) mit den Gängen V1, V3, die über Schaltelemente A, C geschaltet werden
- • Es gibt ein Teilgetriebe TG2 (Vollwelle als Eingangswelle) mit den Gängen V2, V4, die über Schaltelemente B, D geschaltet werden
- • Das Planetengetriebe 9 ist wie folgt verbunden:
- ◯ Die erste Getriebeeingangswelle 16 ist auch die erste Eingangswelle des Planetengetriebes 9. Sie ist für den Verbrennungsmotor 5 vorgesehen und gleichzeitig mit dem ersten Teilgetriebe TG1 verbunden. Dies geschieht hier über das Hohlrad 12.
- ◯ Die zweite Eingangswelle des Planetengetriebes 9 ist mit dem Elektromotor EM2 verbunden, hier mit dem Sonnenrad 14.
- ◯ Ausgangswelle und gleichzeitig zweite Getriebeeingangswelle 20 ist der Steg des Planetenträgers 18. Diese ist mit dem zweiten Teilgetriebe TG2 verbunden.
- • Ein Verbrennungsmotor VM ist mittels eines Torsionsdämpfers TD und einer Trennkupplung K0 mit der zweiten Eingangswelle des Planetensatzes und damit mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar
- • Es gibt eine Überbrückungskupplung K3, um den Planetensatz zu verblocken. K3 verbindet dazu zwei der drei Elemente Sonnenrad 14, Steg 18 und Hohlrad 12 miteinander. In 2 sind dies Sonnenrad 14 und Hohlrad 12.
- • Abtriebswelle ist die Vorgelegewelle 30.
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Es stehen vier mechanische Gänge für den Verbrennungsmotor 5 zur Verfügung:
- • In V1 sind die Schaltelemente A und K3 geschlossen, beide Schaltelemente sind belastet. Der Elektromotor EM2 dreht gleich schnell wie der Verbrennungsmotor 5.
- • In V2 ist das Schaltelement B geschlossen, nur dieses ist belastet. Es kann noch ein weiteres Schaltelement geschlossen werden. So kann das Drehzahlniveau vom Elektromotor EM2 verändert werden.
- • In V3 sind die Schaltelemente C und K3 geschlossen, beide Schaltelemente sind belastet. Der Elektromotor EM2 dreht gleich schnell wie der Verbrennungsmotor 5.
- • In V4 ist das Schaltelement D geschlossen, nur dieses ist belastet. Es kann noch ein weiteres Schaltelement geschlossen werden. So kann das Drehzahlniveau vom Elektromotor EM2 verändert werden. Wenn K3 geschlossen wird, haben der Elektromotor EM2 und der Verbrennungsmotor 5 die gleiche Drehzahl. Wenn das Schaltelement C geschlossen wird hat der Elektromotor EM2 eine höhere Drehzahl als der Verbrennungsmotor 5.
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3 zeigt eine Schaltmatrix zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 2. Dabei wird insbesondere auch die Funktion der Kupplung K3 und der Trennkupplung K0 deutlich. Während in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen V1 bis V4 jeweils eine der Schaltkupplungen A bis D sowie die Trennkupplung K0 und die Kupplung K3 geschlossen sind, ist dies beim Anfahren nicht gegeben. Das Anfahren erfolgt nämlich über das Planetengetriebe mittels des sogenannten elektrodynamischen Anfahrens (EDA) wobei über das Planetengetriebe eine variable Übersetzung bereitgestellt wird. Je nachdem ob die erste Gangstufe G1 oder dritte Gangstufe G3 verwendet werden, kann dementsprechend einer der Anfahrmodi EDA1 oder EDA2 verwendet werden. Bei diesen ist die Kupplung K3 offen, das Planetengetriebe 9 also nicht verblockt. Dadurch kann über eine Kombination des Elektromotors EM2 und den Verbrennungsmotor 5 das abgegebene Drehmoment und die abgegebene Drehzahl beliebig aufsummiert werden. Der Vorteil des Anfahrmodus EDA2 ist, dass auch generatorisch angefahren werden kann. Das heißt, dass bei diesem Anfahren sowohl angefahren wird als auch über einen generatorischen Betrieb des zweiten Elektromotors EM2 eine Batterie aufgeladen werden kann. Dabei ist die Trennkupplung K0 geschlossen.
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Die rein elektrischen Fahrmodi E1 bis E4 sind zu den verbrennungsmotorischen Fahrmodi von den Schaltkupplungen her identisch, lediglich die Trennkupplung K0 ist geöffnet, um den Verbrennungsmotor 5 nicht mitschleppen zu müssen.
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Der Fahrmodus LiN, für Laden in Neutral, erlaubt einen Betrieb in einem Range-Extender-Modus. Dabei wird auf der zweiten Achse lediglich eine Batterie geladen. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 kann über die erste Achse 2 erfolgen. Dabei sind sämtliche Schaltkupplungen A bis E geöffnet.
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Selbstverständlich können mit der Hybrid-Getriebeeinrichtung 6 folgende hybridischen Gänge realisiert werden:
- Zum einen kann zu den verbrennungsmotorischen Gängen V1 bis V4 auch immer der erste Elektromotor EM1 der ersten Achse 2 zugeschaltet werden. Andererseits können auch der Verbrennungsmotor 5 und der Elektromotor EM2 gleichzeitig Drehmoment auf die zweite Achse 3 abgeben. Selbstverständlich können auch alle drei Motoren beide Achsen antreiben.
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Weiterhin ist es möglich, mit dem zweiten Elektromotor EM2 einen Kriechgang zu realisieren. Dazu können bspw. die Schaltkupplungen A und D geschlossen werden.
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4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Hybrid-Getriebeanordnung 6. Dabei wird im Wesentlichen auf die Erklärungen zu 2 verwiesen. Im Unterschied zu 2 ist lediglich die Position der Kupplung K3 im Vergleich zum Planetengetriebe 9 gespiegelt worden, diese befindet sich dementsprechend dem Stirnradgetriebe 10 zugewandt. Dadurch hat sich auch die Lagerung der Kupplung K3 sowie des Sonnenrades 14 von der ersten Getriebeeingangswelle auf die zweite Getriebeeingangswelle 20 verlagert. Der Elektromotor EM2 ist aber weiterhin an das Sonnenrad 14 angebunden etc. Ansonsten entsprechen sich die Getriebe nach 4 und 2.
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5 zeigt eine dritte Variante einer Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese ist im Vergleich zu 2 auf zwei Positionen verändert. Zum einen ist auf der zweiten Getriebeeingangswelle 20 ein Rückwärtsgangfestrad 42 angeordnet. Entsprechend befindet sich auf der Vorgelegewelle 30 ein Rückwärtsganglosrad 44 und ein Zwischenrad 46 ist ebenfalls vorhanden. Damit befindet sich eine dritte Schalteinrichtung S3 auf der Vorgelegewelle 30. Um diese mit dem gleichen Aktuator wie die Kupplung K3 betätigen zu können ist die Kupplung K3 auf die Höhe der Schalteinrichtung S3 mit der Schaltkupplung R versetzt worden. Ansonsten ist die Hybrid-Getriebeanordnung wie zu 2 beschrieben.
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6 zeigt eine Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 5. Da diese im Vergleich zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 2 einen Rückwärtsgang aufweist ist diese Schaltkupplung zu berücksichtigen, ansonsten ergibt sich die Schaltmatrix nach 6 analog zu der nach 3. Der Rückwärtsgang ist hier ebenfalls dynamisch als elektrodynamisches Anfahren rückwärts (EDAR) ausgestaltet.
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Um das Planetengetriebe 9 zu verblocken verbindet die Kupplung K3 das Hohlrad 12 mit dem Planetenträger 18.
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In einer Ausgestaltung können die Zahnräder 24 und 42 als ein Zahnrad ausgebildet sein. Dann kämmen sowohl das Losrad 36 als auch das Zwischenrad 46 mit diesem einzigen Festrad.
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7 zeigt eine vierte Ausgestaltung der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist im Unterschied zu 2 das Planetengetriebe 9 an der Achse der Getriebeeingangswelle 16 gespiegelt. Auch ist die Position der Festräder 26 und 28 und damit auch der Losräder 32 und 34 vertauscht. Dadurch weist die Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 7 drei Doppelschalteinrichtungen S1, S2 und S3 auf, wobei S3 die Kupplung K3 und die Schaltkupplung B umfasst. Dadurch kann mit der Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 7 sowohl ein mechanischer Rückwärtsgang als auch ein elektrodynamischer Rückwärtsgang realisiert werden.
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Daher ist für die Gangstufe G2 im zweiten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgang V2 das Schließen der Kupplung K3 nicht möglich. Um einen mechanischen Rückwärtsgang einzulegen müssen die Trennkupplung K0, die Schaltkupplung R und die Kupplung K3 geschlossen sein.
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8 zeigt eine Variante zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 7. Dabei sind die Radebenen R1 und RR der Gangstufe G1 und der Gangstufe R vertauscht worden. Ansonsten gelten die Ausführungen wie zu 7.
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9 zeigt eine sechste Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist im Vergleich zu 8 die Abfolge der Gänge auf der zweiten Getriebeeingangswelle 20 wie auch auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 vertauscht. Es findet sich auf der zweiten Getriebeeingangswelle die Gangfolge ausgehend vom Planetengetriebe 9 Gangstufe G3, Gangstufe G1 und Rückwärtsgangstufe R. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 folgen die Gangstufen G2 und G4. Entsprechend hat die Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 9 vier Radsatzebenen R1 bis R4 für Vorwärtsgänge bzw. Gangstufen G1 bis G4, eine Radsatzebene für die Rückwärtsgangebene RR und eine Radsatzebene RA für den Abtrieb.
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10 zeigt eine siebte Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 2 dahingehend, dass der Elektromotor EM2 am Hohlrad angreift und der Verbrennungsmotor über die Kupplung K3 am Planetenträger 18. Dies bringt den Vorteil, dass der Elektromotor EM2 am Hohlrad 12 beim elektrodynamischen Anfahren und elektrodynamischen Schalten mit einer geringeren Ausgleichsdrehzahl betrieben werden kann. Allerdings muss er dafür ein hohes Stützmoment aufbringen.
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11 zeigt eine erste Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs 4. Dabei zeigt die Getriebeanordnung 11 zeigt eine zu 2 gespiegelte Anordnung von Planentengetriebe 9 und Stirnradgetriebe 10. Dieser Aufbau ist dahingehend für eine Front-Quer-Verwendung optimiert als dass der Verbrennungsmotor 5 achsparallel zu den Getriebeeingangswellen 16 und 20 angeordnet ist. Neben der Spiegelung des Aufbaus ergeben sich folgende Abänderungen im Unterschied zu 2:
- Zum einen sind neben dem Verbrennungsmotor 5 auch explizit eine Dämpfungsvorrichtung 48 sowie eine Anbindung mit zwei Zahnrädern 50 und 52 sowie einer Kette 54 dargestellt. Weiterhin ist die Trennkupplung K0 auf die andere Seite des Stirnradgetriebes 10 gewandert. Die Trennkupplung K0 befindet sich immer zwischen der Getriebeanordnung 11 und einer Anbindungsstelle des Verbrennungsmotors 5, da die Trennkupplung K0 dazu dient, den Verbrennungsmotor 5 bei rein elektrischer Fahrt vom Getriebe abzukoppeln.
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Weiterhin ist das Planetengetriebe 9 in die Spiegelung nicht einbezogen worden, wes wegen sich ein vereinfachter innerer Aufbau ergibt. Dabei verbindet die Kupplung K3 das Hohlrad 12 und den Planetenträger 18. Das Sonnenrad 14 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 16 verbunden.
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Auch bei dieser Ausgestaltung des Planentengetriebes 9 dient die Kupplung K3 seiner Verblockung. Bei diesem Aufbau kann die Kupplung K3 insbesondere in die Radsatzebene RA des Abtriebs gelegt werden, wodurch sich bauraummäßig in axialer Richtung Platz einsparen lässt.
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12 zeigt eine achte Ausführungsform einer Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese ist im Vergleich zu 2 ebenfalls gespiegelt in Bezug auf das Stirnradgetriebe 10. Die Anordnung des Planetengetriebes ist wie bereits zu 11 beschrieben. Die Anbindung des Elektromotors EM2 ist am Hohlrad 12 des Planetengetriebes. Allerdings ist im Unterschied 11 die Kupplung K3 zum Verblocken des Planentengetriebes auf der Stirnradgetriebe-abgewandten Seite. Der Abtrieb wurde aus Bauraumgründen auf die Seite des Verbrennungsmotors gelegt und befindet sich auf der Höhe der Trennkupplung K0. Dadurch kann das Planetengetriebe 9 näher an das Stirnradgetriebe 10 gerückt werden, wodurch in axialer Richtung Bauraum eingespart werden kann.
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13 zeigt eine neunte Variante der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist der Elektromotor EM2 wiederum auf der Verbrennungsmotor-abgewandten Seite angeordnet. Im Vergleich zu 12 wurden zwei Veränderungen vorgenommen. Zum einen ist die Kupplung K3 wieder auf der verbrennungsmotorischen Seite. Auch wurde sie an das Ende der zweiten Getriebeeingangswelle 20 gezogen, sodass sich zwischen den Teilgetrieben befindet. Weiterhin wurde der Abtrieb, also das abtreibende Festrad 40, in die Mitte der Vorgelegewelle 30 gelegt, sodass das Differenzial 7 oder 8 auch in der Mitte des Bauraums angeordnet werden kann. Dabei befinden sich die Kupplung K3 und das Abtriebszahnrad 40 in einer Ebene, wodurch der Bauraum in axialer Richtung maximal effizient genutzt werden kann.
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14 zeigt eine zehnte Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist in Abwandlung zu 2 die Schalteinrichtung S2 auf die erste Getriebeeingangswelle 16 gezogen worden. Entsprechend hat sich die Position der Losräder 32 und 34 und der Festräder 26 und 28 verändert. Dies kann auch mit der Schalteinrichtung S1 durchgeführt werden oder nur mit der Schalteinrichtung S1.
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Bei Ausführungsform nach 15 sind die Gangstufen G1 und G3 sowie die Gangstufen G2 und G4 jeweils miteinander vertauscht. Das heißt, dass ausgehend von dem Planetengetriebe 9 auf der zweiten Getriebeeingangswelle 20 zuerst die Gangstufe G1 mit den entsprechenden Zahnrädern und dann die Gangstufe G3 folgt. Auf der ersten Getriebeeingangswelle sind die Gangstufen G4 und danach die Gangstufe G2 angeordnet. Dementsprechend ergibt sich auch eine unterschiedliche Anordnung der Radsatzebenen, es bleibt aber dabei, dass jeder Vorwärts-Gangstufe G1 bis G4 jeweils eine eigene Radsatzebene R1 bis R4 zugeordnet ist. Auch ergeben sich keinerlei Unterschiede hinsichtlich der Schaltmatrix, da diese durch die Anordnung der einzelnen Gangstufen in den Teilgetrieben nicht beeinflusst wird.
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16 zeigt eine elfte Variante. Dabei sind im Vergleich zu 2 die Gangstufen G1 und G3 vertauscht. Ansonsten ist die Hybridgetriebeanordnung 6 nach 15 wie die nach 2 ausgestaltet.
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17 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Hybrid-Antriebsstrangs 6. Dabei ist in Abwandlung zu 2 der Elektromotor EM2 achsparallel angeordnet. Daher wird er über ein Abtriebszahnrad 56 und eine Kette 58 an das Planetengetriebe 9 angebunden. Ansonsten bleiben die Angriffspunkte wie bereits zu 2 beschrieben bestehen. Es ergibt sich somit keinerlei Unterschied in funktioneller Hinsicht zu 2. Diese Anbindung kann unabhängig von anderen Merkmalen in allen Ausführungsformen der Hybrid-Getriebeanordnungen und Hybrid-Antriebsstränge verwendet werden. Alternativ kann der Elektromotor EM2 natürlich auch mit einem Zwischenrad angebunden werden.
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18 zeigt eine dritte Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangs 4. Dabei ist in den Hybrid-Antriebsstrang 4 eine Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 16 integriert. In Abwandlung von 16 ist die K0 zwischen das Zahnrad 50 und die Dämpfungsanordnung 48 gewandert. Ansonsten wird hinsichtlich der Hybrid-Getriebeanordnung 6 auf 16 verwiesen.
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Im Vergleich zu 11, die ebenfalls ein Hybrid-Antriebsstrang zeigt, ergibt sich, dass der grundsätzliche achsparallele Aufbau bestehend aus Verbrennungsmotor 5, achsparallel zu den Getriebeeingangswellen 16 und 20 angeordnet, sowie auf der Achse des Verbrennungsmotors 5 befindliche Torsionsdämpferanordnung 48 und Zahnrad 50 als eine Art gleichbleibendes Modul angesehen werden können. Variabel ist die Anordnung der Trennkupplung K0. Diese kann direkt am Getriebe oder auch zwischen Dämpfungsanordnung und Zahnrad 50 liegen. Insbesondere können bei dieser Ausgestaltung der Elektromotor EM2 auf der Achse der Getriebeeingangswellen und die Trennkupplung K0 sowie die Dämpfungsanordnung 48 auf der Achse des Verbrennungsmotors auf gleicher axialer Höhe gelagert werden. Dadurch kann der Elektromotor EM2 einen größeren Durchmesser haben.
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19 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstrangs 4. Dabei ist im Unterschied beispielsweise zu 18 der Verbrennungsmotor auf der anderen Seite der Getriebeanordnung 11 umfassend das Planetengetriebe 9 und das Stirnradgetriebe 10 angeordnet. Dadurch kann der Elektromotor EM2 nach axial außen gerückt werden, die Anbindung an das Sonnenrad 14 bleibt bestehen. Dadurch kann der Elektromotor EM2 außen am Getriebegehäuse angeflanscht werden wodurch er gewartet werden kann und auch ausgetauscht werden kann. Die Kupplung K3 ist in die Mitte des Stirnradgetriebes 10 gerückt.
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Die gewünschte Drehrichtung des Verbrennungsmotors 5 kann durch die Einbaulage angepasst werden. Der Abtrieb des Verbrennungsmotors kann entweder in Fahrtrichtung links oder rechts sitzen. Dadurch wird die Drehrichtung angepasst.
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20 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines Hybridantriebsstrangs 4. In Abwandlung zu 19 ist der Verbrennungsmotor 5 über ein Zwischenrad 60 an die Hybrid-Getriebeanordnung 6 angebunden. Weiterhin erfolgt die Anbindung an ein Festrad der Hybrid-Getriebeanordnung 6, nämlich an das axial äußere Festrad 28.
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Dadurch wird zwar die Drehrichtung umgekehrt. Wie bereits zu 19 beschrieben kann diese aber durch die Einbaulage angepasst werden.
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21 zeigt eine vierzehnte Ausgestaltung einer Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese ist wie zu 2 beschrieben ausgestaltet, jedoch fehlt die Trennkupplung K0.
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Damit ist kein Abkoppeln des Verbrennungsmotors 5 bei rein elektrischer Fahrt mit dem Elektromotor EM2 möglich.
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22 zeigt eine fünfzehnte Variante der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese ist grundsätzlich wie zu 17 beschrieben ausgestaltet. Allerdings fehlt in Abwandlung zu 17 einerseits die Trennkupplung K0. Zweitens werden die Endübersetzungen und das Differenzial als Planetengetriebe ausgeführt, diese sind aber nicht näher dargestellt. Der Verbrennungsmotor und auch die Trennkupplung K0 können koaxial oder achsparallel zu den Getriebeeingangswellen angebunden sein.
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23 zeigt eine sechzehnte Variante einer Hybrid-Getriebeanordnung 6. Diese ist wie die Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 21 ausgestaltet. Im Unterschied zu 21 werden die Endübersetzungen und das Differenzial als Planetengetriebe ausgestaltet. Die Vertauschung der Gangstufen G1 und G3 sowie die Verlagerung der Schalteinrichtung S2 auf die erste Vorgelegewelle sind optional.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- erste Achse
- 3
- zweite Achse
- 4
- Hybrid-Antriebsstrang
- 5
- Verbrennungsmotor
- 6
- Hybrid-Getriebeanordnung
- 7
- Differenzial
- 8
- Differenzial
- 9
- Planetengetriebe
- 10
- Stirnradgetriebe
- 12
- Hohlrad
- 14
- Sonnenrad
- 16
- erste Getriebeeingangswelle
- 18
- Planetenträger
- 20
- zweite Getriebeeingangswelle
- 22
- Festrad
- 24
- Festrad
- 26
- Festrad
- 28
- Festrad
- 30
- Vorgelegewelle
- 32
- Losrad
- 34
- Losrad
- 36
- Losrad
- 38
- Losrad
- 40
- Festrad
- 42
- Festrad
- 44
- Losrad
- 46
- Zwischenrad
- 48
- Dämpfungsanordnung
- 50
- Zahnrad
- 52
- Zahnrad
- 54
- Kette
- 56
- Abtriebszahnrad
- 58
- Kette
- 60
- Zwischenrad
- K0
- Trennupplung
- K3
- Kupplung
- A
- Schaltkupplung
- B
- Schaltkupplung
- C
- Schaltkupplung
- D
- Schaltkupplung
- R
- Schaltkupplung
- S1
- Schalteinrichtung
- S2
- Schalteinrichtung
- S3
- Schalteinrichtung
- R1
- Radsatzebene
- R2
- Radsatzebene
- R3
- Radsatzebene
- R4
- Radsatzebene
- RA
- Radsatzebene
- RR
- Radsatzebene
