DE102020203802A1 - Kompaktes Hybridgetriebe - Google Patents

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Oliver BAYER
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Thomas Martin
Michael Wechs
Thomas Kroh
Max Bachmann
Peter Ziemer
Juri Pawlakowitsch
Ingo Pfannkuchen
Stefan Beck
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einem Planetenradsatz (RS), umfassend ein Sonnenrad (34), ein Planetenrad (32) und ein Hohlrad (30), wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (26) und einer zweiten Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen (E1, E2, V1, V2, V3, V4); mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, H), zum Einlegen der Gangstufen, wobei die Schaltelemente Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen; einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement (K3) zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle und der zweiten Getriebeantriebswelle; und einem Abtrieb (38); wobei die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist; und die zweite Getriebeantriebswelle und die erste Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug -Antriebsstrang.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein kompaktes, variables Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere leicht erweiterbar ist und sich vorzugsweise für einen Front- oder Heckquereinbau eignet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einem Planetenradsatz, umfassend ein Sonnenrad, ein Planetenrad und ein Hohlrad, wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle, die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist;
    • einer ersten Vorgelegewelle und einer zweiten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen, zum Einlegen der Gangstufen, wobei die Schaltelemente Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen;
    • einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle und der zweiten Getriebeantriebswelle; und
    • einem Abtrieb; wobei
    • die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist; und
    • die zweite Getriebeantriebswelle und die erste Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit:
    • einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
    • einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle verbunden ist; und
    • einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
    • einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. 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. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste und zweite Getriebeantriebswelle kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere durch den Planetenradsatz, der antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist, eine hohe Variabilität aufweist. Durch eine erste und eine zweite Vorgelegewelle kann ein axial kurz bauendes Hybridgetriebe geschaffen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe eine Getriebebremse, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist und vorzugsweise eine Reibkupplung umfasst. Hierdurch kann technisch einfach und kostengünstig eine wirksame Getriebebremse, die insbesondere stufenlos regelbar sein kann, geschaffen werden. Eine Getriebebremse bildet eine technisch einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Synchronisation des Hybridgetriebes. Hierdurch kann insbesondere ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das technisch einfach, kostengünstig und kompakt baut und dabei trotzdem schnelle Schaltungen insbesondere der Verbrennungsmaschine erlaubt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradträger oder ein Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle verbunden. Ergänzend ist das Hohlrad oder der Planetenradträger des Planetenradsatzes dazu ausgebildet, antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann technisch einfach eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Die Variabilität des Hybridgetriebes kann erhöht werden, ohne dabei die axiale Baulänge im Wesentlichen zu verlängern.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Planetenradsatz-Schaltelement dazu ausgebildet, das Sonnenrad des Planetenradsatzes festzusetzen. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Planetenradsatz-Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradsatz zu verblocken. Die Planetenradsatz-Schaltelemente können dabei als Klauenschaltelemente ausgebildet sein, sind aber bevorzugt als Reibschaltelemente ausgebildet. Durch ein Planetenradsatz-Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken, kann erreicht werden, dass keine Vorübersetzung mittels des Planetenradsatzes stattfindet. Der Funktionsumfang des Hybridgetriebes wird erhöht. Durch ein Planetenradsatz-Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des Planetenradsatzes festzusetzen, kann technisch einfach und steuerungstechnisch einfach eine Vorübersetzung mittels des Planetenradsatzes eingerichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeantriebswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann ein erstes und zweites Teilgetriebe geschaffen werden, wobei das erste und zweite Teilgetriebe wechselseitig von der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle mit Antriebsleistung versorgt werden kann. Insbesondere kann hierdurch wechselseitig ein Stützen der Antriebsleistung erfolgen. Durch Ausbilden einer Getriebewelle als Hohlwelle, die die andere Getriebewelle zumindest abschnittsweise umgibt, kann die Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle achsparallel zu der ersten und der zweiten Vorgelegewelle angeordnet. Ergänzend definieren die erste und zweite Vorgelegewelle eine Ebene; wobei die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle in Draufsicht auf diese Ebene radial zwischen der ersten und zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind. Hierdurch kann ein axial kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere einen hohen Funktionsumfang aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Ferner ist die Ansteuerung des Hybridgetriebes vereinfacht. Zudem baut das Hybridgetriebe kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Formschlüssige Schaltelemente ermöglichen es, das Hybridgetriebe mit weniger Verlust auszuführen, also effizienter zu machen. Insbesondere führen formschlüssige Schaltelemente zu einem kosteneffizienteren Hybridgetriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Planetenradsatz-Schaltelemente als Lastschaltelemente ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass die Gangstufen für die elektrische Antriebsmaschine zumindest teilweise unter Last schaltbar sind. Ferner kann ein schnelles Schalten erfolgen, da bei Lastschaltelementen ein vorheriges Synchronisieren des Getriebes und insbesondere des Planetenradsatzes entfallen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine weitere Getriebewelle auf, die achsparallel zu der ersten Vorgelegewelle oder der zweiten Vorgelegewelle angeordnet ist und wenigstens zwei Zahnräder aufweist, die mit Zahnrädern der ersten Vorgelegewelle oder der zweiten Vorgelegewelle kämmen, um eine Windungsgangstufe einzurichten. Hierdurch kann technisch einfach der Funktionsumfang des Hybridgetriebes erweitert werden. Insbesondere kann das Zufügen einer weiteren Getriebewelle vorteilhaft sein, um beispielsweise Schaltelemente zu Doppelschaltelementen zusammenfassen zu können. Ferner kann hierdurch die Übersetzung mittels der weiteren Getriebewelle als Windungsgangstufe eingerichteten Gangstufe im Wesentlichen frei gewählt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeantriebswelle dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann die Funktionalität des Hybridgetriebes erweitert werden. Insbesondere kann mit dem Hybridgetriebe ein serielles Fahren eingerichtet werden, bei dem die zweite elektrische Antriebsmaschine generatorisch betrieben wird, wobei die so erzeugte Energie der ersten elektrischen Antriebsmaschine zum Generieren von Antriebsleistung zugeführt wird. Ferner ist ein Start der Verbrennungsmaschine aus rein elektrischer Fahrt mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine möglich. Zudem kann durch die zweite elektrische Antriebsmaschine eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschinendrehzahl beim Ankoppeln, also beim Zustart, und bei Schaltungen für die erste elektrische Antriebsmaschine erfolgen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend ist der Planetenradsatz axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Vorzugsweise ist ebenfalls die Getriebebremse axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann die Kompaktheit des Antriebsstrangs erhöht werden. Insbesondere kann ein kompakter und dabei hocheffizienter Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar ist. Ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang hocheffizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Hierdurch können der Fahrkomfort und die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Insbesondere kann eine Bauteilbelastung im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang reduziert werden, sodass der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine erhöhte Ausfallsicherheit und längere Haltbarkeit aufweist.
  • Unter Standladen bzw. Laden in Neutral ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
  • Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
  • Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
  • Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können da¬bei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
  • Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
  • Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten abtriebsgestützten Schaltung ist eine elektrische Antriebsmaschine mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden und stützt die Zugkraft alleine elektromotorisch, während die Verbrennungsmaschine im Hintergrund eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausführt.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 eine schematische Übersicht über die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 4 eine schematische Übersicht der Funktionsweise des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 dient.
  • In 2 ist eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeantriebswelle 22 und eine zweite Getriebeantriebswelle 24 auf. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dabei vorzugsweise über einen Torsionsdämpfer oder Schwingungsdämpfer mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine erste Vorgelegewelle 26 und eine zweite Vorgelegewelle 28 auf. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist mittels eines Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbunden. Der Planetenradsatz RS umfasst ein Hohlrad 30, ein Planetenrad 32 und ein Sonnenrad 34. Mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 ist zudem eine Getriebebremse 36 antriebswirksam verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist als Koaxialmaschine ausgebildet, wobei der Planetenradsatz RS und die Getriebebremse 36 radial und axial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet sind.
  • Der Planetenradsatz RS ist mittels eines zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H verblockbar, wobei das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H das Hohlrad 30 und das Sonnenrad 34 antriebswirksam miteinander verbindet. Die Getriebebremse 36 und das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H sind dabei als Reibschaltelemente ausgebildet. Das Sonnenrad 34 des Planetenradsatzes RS ist mittels eines ersten Planetenradsatz-Schaltelements F festsetzbar, also mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar.
  • Mittels eines Schaltelements K3 einer Verbindungskupplung ist die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbindbar. Das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung ist mit einem vierten Schaltelement D zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das vierte Schaltelement D verbindet ein an der ersten Getriebeantriebswelle 22 angeordnetes Losrad antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22. Dieses Losrad ist in Eingriff mit einem an der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordneten Festrad und bildet mit diesem die vierte Gangstufe des Hybridgetriebes 18.
  • An der zweiten Vorgelegewelle 28 ist zudem ein Losrad angeordnet, das mittels eines dritten Schaltelements C antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 28 verbindbar ist. Dieses Losrad ist in Eingriff mit einem an der ersten Getriebeantriebswelle 22 angeordneten Festrad und bildet mit diesem die dritte Gangstufe. Dieses Festrad ist zudem in Eingriff mit einem an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordneten Losrad, das mittels eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 26 verbindbar ist. Dieses Losrad bildet zusammen mit dem Festrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle 22 angeordnet ist, die zweite Gangstufe des Hybridgetriebes.
  • An der ersten Vorgelegewelle 26 ist zudem ein Losrad angeordnet, das mit einem Festrad in Eingriff ist, das an der zweiten Getriebeantriebswelle 24 angeordnet ist. Diese beiden Zahnräder bilden die erste Gangstufe des Hybridgetriebes, wobei das an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnete Losrad mittels eines ersten Schaltelements A antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 26 verbindbar ist. An den beiden Vorgelegewellen sind zudem Abtriebszahnräder angeordnet, die mit einem Abtrieb 38 antriebswirksam verbunden sind. An der zweiten Vorgelegewelle 28 bildet das Festrad der vierten Gangstufe ebenfalls das mit dem Abtrieb 38 drehfest verbundene Zahnrad, wohingegen an der ersten Vorgelegewelle 26 ein zusätzliches Zahnrad in Form eines Festrads vorgesehen ist.
  • Für die Verbrennungsmaschine 16 sind insgesamt vier Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 einrichtbar, wobei die entsprechenden Zahnradpaare, die die Gangstufen bilden, in der Zeichnung durch 1, 2, 3 und 4 verdeutlicht sind. Dabei bildet das Zahnradpaar 1 ebenfalls die Elektrogangstufen E1 und E2. Die Elektrogangstufen werden dabei zusätzlich mittels des Planetenradsatzes RS untersetzt, sodass zwei Elektrogangstufen mit dem Zahnradpaar 1 gebildet werden können. Ein Parksperrenrad ist in der Figur gestrichelt dargestellt und mit P bezeichnet. Es versteht sich, dass das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement A, B, C, D ein Stirnrad-Schaltelement umfasst.
  • Die in 2 gezeigte Variante eines Hybridgetriebes 18 weist also insbesondere vier verbrennungsmotorische Gangstufen V1 bis V4 auf. Es können zwei elektromotorische oder Elektrogangstufen E1 und E2 eingerichtet werden. Dabei ist kein mechanischer Rückwärtsgang vorgesehen. Ein Rückwärtsfahren wird durch Rückwärtsdrehen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 ermöglicht. Die Gangstufen werden eingerichtet mittels insgesamt fünf Stirnradpaaren und eines Planetenradsatzes RS. Das Hybridgetriebe 18 weist insgesamt sieben Schaltelemente A, B, C, D, K3, F, H und die Getriebebremse 36 auf, die von insgesamt sechs Schaltaktuatoren betätigt werden können. Die Getriebewellen und Bauteile sind auf insgesamt vier Achsen A1 bis A4 angeordnet. Das Hybridgetriebe 18 weist zwei Vorgelegewellen 26, 28 und eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 auf. Die bevorzugte Anordnung des Hybridgetriebes 18 im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 umfasst eine Frontquer- oder Heckqueranordnung mit einem seitlichen Abtrieb 38.
  • In 3 ist schematisch eine Übersicht über die verschiedenen Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 in einer sogenannten Schaltmatrix 40 gezeigt. In der ersten Spalte sind die Gangstufen bzw. die Zustände V1 bis V4, E1 und E2 sowie Laden in Neutral 1 und 2, kurz LiN1, LiN2 gezeigt. In der zweiten bis achten Spalte sind die Schaltzustände aller Schaltelemente H, A, B, C, D, K3 und F gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement die ihm zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Es versteht sich, dass sofern kein „X“ in der Übersicht eingetragen ist, das Schaltelement die ihm zugeordneten Getriebebauteile nicht antriebswirksam miteinander verbindet.
  • Zum Einrichten der Verbrennungsgangstufe V1 sind demnach das erste Schaltelement A und das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung zu schließen. Ein Schließen des zweiten Schaltelements B bewirkt das Einrichten der Verbrennungsgangstufe V2. Die Verbrennungsgangstufe V3 wird durch Schließen des dritten Schaltelements C eingerichtet. Das vierte Schaltelement D ist zum Einrichten der Verbrennungsgangstufe V4 zu schließen.
  • Die Elektrogangstufe E1 wird eingerichtet durch Schließen des ersten Schaltelements A und des ersten Planetenradsatz-Schaltelements F. Die Elektrogangstufe E2 wird durch Schließen des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H und des ersten Schaltelements A eingerichtet.
  • Ein Laden in Neutral LiN1 kann erfolgen, indem das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung und das erste Planetenradsatz-Schaltelement F geschlossen werden. Ein Schließen des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H und des Schaltelements K3 der Verbindungskupplung ermöglicht den Zustand Laden in Neutral, LiN2. Es versteht sich, dass die Elektrogangstufen und die Verbrennungsgangstufen auch kombiniert, also in hybrider Antriebsweise, gefahren werden können.
  • In 4 ist eine Übersicht über die einzelnen Schaltzustände im Hybridgetriebe 18 in Form eines Schemas 42 gezeigt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden daher nicht erneut erläutert. Insbesondere sind alle Wellen in der 2 zusätzlich durchnummeriert und mit der entsprechenden Nummerierung ebenfalls in der 4 versehen. Zudem sind die Schaltelemente ähnlich einem technischen Schaltkreis als Schalter dargestellt, wobei sich die Bezeichnung der Schaltelemente direkt neben dem Schalter befindet, um eine bessere Übersicht über das dargestellte Schema zu erhalten.
  • Wie bereits oben erwähnt, weist der Basisradsatz insgesamt vier mechanische bzw. hybride Gangstufen auf und zwei Elektrogangstufen E1 und E2.
  • Das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H wird vorzugsweise als Reibschaltelement, wie zum Beispiel eine Lamellenkupplung ausgeführt, wobei die restlichen Schaltelemente K3, A, B, C, D vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgeführt sind. Die Planetenradsatz-Schaltelemente H und F befinden sich dabei ebenfalls vorzugsweise innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Es versteht sich, dass das zweite und dritte Schaltelement B und C sowie das vierte Schaltelement D und das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung zu einem Doppelschaltelement, das von nur einem Aktor betätigbar ist, zusammengefasst werden können.
  • Das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H ist dazu ausgebildet, den Planetenradsatz RS zu verblocken. Es gibt insbesondere drei Möglichkeiten, da ein Verblocken eines Planetenradsatzes RS dadurch erfolgt, dass zwei der drei Elemente, also Sonnenrad 34, Planetenradträger und Hohlrad 30, antriebswirksam miteinander verbunden werden. Wie in der 2 gezeigt, können folglich das Sonnenrad 34 und das Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS antriebswirksam miteinander verbunden werden. Es versteht sich, dass auch ein Verblocken mittels drehfesten Verbindens des Sonnenrads 34 und des Planetenradträgers oder durch drehfestes Verbinden des Hohlrads 30 und des Planetenradträgers erfolgen kann.
  • Es versteht sich ferner, dass das erste bis vierte Schaltelement A, B, C, D und das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung auch als Sperrsynchronisationsschaltelemente ausgeführt sein können.
  • Ein rein elektrisches Fahren ist in den Elektrogangstufen E1 und E2 möglich. Insbesondere ist eine Schaltung zwischen den beiden Elektrogangstufen E1 und E2 möglich. Ferner ist eine Schaltung zwischen den beiden Elektrogangstufen E1 und E2 als Lastschaltung mittels des als Reibschaltelement ausgeführten zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H möglich. Aus den beiden Elektrogangstufen E1 und E2 können die Verbrennungsgangstufen V1, V2, V3 oder V4 aufgeschaltet bzw. zugeschaltet werden, indem ein weiteres Schaltelement geschlossen wird. Insbesondere werden die zwei Elektrogangstufen E1 und E2 mittels des Planetenradsatzes RS erzeugt.
  • Bei Gangwechseln zwischen den Verbrennungsgangstufen V1, V2, V3 oder V4 kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Zugkraft am Abtrieb 38 stützen, während die Verbrennungsmaschine 16 die Gangstufen für sich genommen lastfrei wechselt. Eine Synchronisation der beteiligten Schaltelemente K3, A, B, C oder D erfolgt vorzugsweise durch Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16. Diese Drehzahlregelung kann durch die Getriebebremse 36 unterstützt und insbesondere beschleunigt werden, was vorzugsweise beim Abbremsen der ersten Getriebeantriebswelle 22 geschieht. Mit anderen Worten wirkt die Getriebebremse 36 als Bremse für die Verbrennungsmaschine 16 und für das Hybridgetriebe 18. Es versteht sich, dass gegebenenfalls anstatt der Getriebebremse 36 eine weitere elektrische Antriebsmaschine, die insbesondere mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden ist, bei der Synchronisation unterstützen kann. Eine elektrische Antriebsmaschine kann diese sowohl beim Beschleunigen als auch beim Abbremsen der Verbrennungsmaschine 16 unterstützen.
  • Beim Hochschalten kann die Getriebebremse die Verbrennungsmaschine 16 auf ein niedrigeres Drehzahlniveau abbremsen. Bei Rückschaltungen erfolgt eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 insbesondere aus eigener Kraft auf das höhere Zieldrehzahlniveau.
  • Die Getriebebremse 36 ist vorzugsweise als Lamellenschaltelement und/oder als Reibkonusbremse ausgeführt.
  • Ist das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung geschlossen, ist die Verbrennungsmaschine 16 mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 unabhängig vom Abtrieb 38 verbunden. Um Abtriebsleistung zwischen den beiden Antriebsmaschinen 14, 16 zu übertragen, muss mindestens ein weiteres Planetenradsatz-Schaltelement F, H geschlossen werden. Es versteht sich, dass hierdurch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 wahlweise im Elektrogang E1 oder im Elektrogang E2 angebunden wird. Diese Anbindung ermöglicht insbesondere einen Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 oder ein generatorisches Betreiben der ersten elektrischen Maschine 14 durch die Verbrennungsmaschine 16.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H dazu ausgebildet, einen Planetenradträger des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 zu verbinden. Hierdurch wird, wie bereits oben beschrieben, eine Verblockung des Planetenradsatzes RS erreicht. Ansonsten sind die Ausführungsformen gemäß der 2 und der 5 identisch. Insbesondere kann die Schaltmatrix 40 gemäß der 3 zur Beschreibung der Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 der 5 herangezogen werden, wie auch für die Beschreibung der Schaltzustände der folgenden Ausführungsformen von Hybridgetrieben 18.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den in 2 und in 5 gezeigten Varianten ist die dritte Möglichkeit einer Verblockung des Planetenradsatzes RS gezeigt. Hierbei verbindet das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H das Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 des Planetenradsatzes RS.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den bisher gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 ist der Planetenradsatz RS als sogenannter Plusplanetenradsatz ausgeführt, d.h. statt eines einzelnen Planetenrads 32 sind zwei kämmende Planetenräder vorgesehen. Hierdurch wird insbesondere die Drehrichtung insgesamt im Planetenradsatz RS umgekehrt. Es versteht sich, dass hierfür die Planetenradträger und Hohlradanbindung getauscht werden müssen und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht werden sollte. Diese Ausführungsform bietet insbesondere eine größere Flexibilität der mittels des Planetenradsatzes RS erreichbaren Übersetzungen.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Getriebebremse 36 nicht mehr innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet, sondern achsparallel an einer separaten Welle 44, wobei ein an dieser Welle angeordnetes Festrad direkt in ein Zahnrad, das mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam verbunden ist, eingreift. Das ist in der Figur insbesondere durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Eine derartige Anordnung der Getriebebremse 36 bietet sich insbesondere an, wenn unter dem Rotor der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 nicht mehr ausreichend Platz für eine Getriebebremse 36 vorhanden ist oder wenn das Hybridgetriebe 18 modular mit der Option auf eine zweite elektrische Antriebsmaschine aufgebaut werden soll. Es versteht sich, dass die zweite elektrische Antriebsmaschine auch anstelle der Getriebebremse 36 an das Getriebe und insbesondere die erste Getriebeantriebswelle 22 angebunden sein kann.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. In dem gezeigten Beispiel ist die Verbrennungsgangstufe V2 mittels einer weiteren Getriebewelle 46 gebildet. Die weitere Getriebewelle 46 ist dabei achsparallel und benachbart zur zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet und weist zwei Festräder auf, die jeweils in Eingriff mit Zahnrädern und insbesondere Losrädern auf der zweiten Vorgelegewelle 28 sind. Hierdurch können das zweite und dritte Schaltelement B, C derart kombiniert werden, dass sie mit nur einer Schaltgabel betätigbar sind. Hierfür ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zur Betätigung des zweiten Schaltelements B durch das zwischen dem zweiten und dritten Schaltelement B, C angeordnete Festrad durchgegriffen wird. Das ist in der Figur durch zwei gestrichelte Linien dargestellt.
  • Es versteht sich, dass auch eine alternative Ausführungsform mit zwei Schaltgabeln möglich ist, wobei die Schaltgabeln nur an der zweiten Vorgelegewelle 28 angreifen. Durch die Verwendung von zwei Schaltgabeln ist es insbesondere möglich, auf das Durchgreifen durch das Zahnrad wie oben beschrieben zu verzichten.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den bisherigen Varianten ist das erste Planetenradsatz-Schaltelement F nicht mehr als Klauenschaltelement, sondern als Reibschaltelement ausgeführt. Dabei ist das erste Planetenradsatz-Schaltelement F vorzugsweise eine Lamellenbremse. Diese Änderung bewirkt insbesondere, dass die Elektrogangstufen E1 und E2 dann vollständig unter Last schaltbar sind, also Zug- sowie Schubschaltungen erlauben. In anderen Worten können lastschaltbare Hoch- und Zurückschaltungen erfolgen.
  • In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 entspricht dabei im Wesentlichen der in 8 gezeigten Variante, wobei die Getriebebremse 36 durch eine zweite elektrische Antriebsmaschine 48 ersetzt wurde. Hierdurch ergeben sich insbesondere folgende zusätzliche Funktionalitäten mittels des Hybridgetriebes 18. Es kann ein serieller Fahrmodus eingerichtet werden, bei dem die Verbrennungsmaschine 16 die zweite elektrische Antriebsmaschine 48 generatorisch betreibt. Die hierdurch erzeugte Energie kann dann der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 zugeführt werden, sodass diese rein elektrisch in den Elektrogangstufen E1 oder E2 fahren kann.
  • Ferner ist es möglich, aus rein elektrischer Fahrt, also wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in einer der Elektrogangstufen E1 oder E2, insbesondere bei vollem Energiespeicher 20, fährt, die Verbrennungsmaschine 16 zuzustarten. Hierzu wird die Verbrennungsmaschine 16 mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 48 gestartet und kann so schließlich in einer der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 zugeschaltet werden und Antriebsleistung zur Verfügung stellen.
  • Wie bereits oben erwähnt, ist mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 48 insbesondere eine Unterstützung einer Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 möglich. Vorzugsweise kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 48 generatorisch betrieben werden, um die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 abzusenken. Ein Erhöhen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 kann ebenfalls durch die zweite elektrische Antriebsmaschine 48 unterstützt werden.
  • Es versteht sich weiter, dass die elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 sowohl koaxial als auch achsparallel angeordnet werden können. Bei achsparalleler Anordnung kann eine elektrische Antriebsmaschine 14, 48 beispielsweise mit einem oder mehreren Stirnradpaaren an die entsprechende Getriebeantriebswelle 22, 24 angebunden werden. Es versteht sich ferner, dass auch ein Kettenantrieb oder ein anderes Zugmittelgetriebe vorgesehen sein können. Bei einer koaxialen Anbindung kann eine direkte Verbindung eines Rotors der entsprechenden elektrischen Antriebsmaschine 14, 48 mit der entsprechenden Getriebeantriebswelle 22, 24 hergestellt werden. Ferner kann auch hier ein weiterer Planetenradsatz als Festübersetzung vorgesehen werden.
  • Es versteht sich weiter, dass auch anstatt einer Verbrennungsmaschine 16 mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine gefahren werden kann, sodass das offenbarte Hybridgetriebe 18 auch als reines Elektrogetriebe bzw. Elektro-Hybridgetriebe verwendet werden kann.
  • Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
  • In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
    14
    erste elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    20
    Energiespeicher
    22
    erste Getriebeantriebswelle
    24
    zweite Getriebeantriebswelle
    26
    erste Vorgelegewelle
    28
    zweite Vorgelegewelle
    30
    Hohlrad
    32
    Planetenrad
    34
    Sonnenrad
    36
    Getriebebremse
    38
    Abtrieb
    40
    Schaltmatrix
    42
    Schema
    44
    separate Getriebewelle
    46
    weitere Getriebewelle
    48
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    RS
    Planetenradsatz
    A, B, C, D
    Schaltelemente
    K3
    Schaltelement der Verbindungskupplung
    F, H
    Planetenradsatz-Schaltelemente
    A1 bis A5
    Achsen für Getriebewellen
    E1-E2
    Elektrogangstufen
    V1-V4
    Verbrennungsgangstufen

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einem Planetenradsatz (RS), umfassend ein Sonnenrad (34), ein Planetenrad (32) und ein Hohlrad (30), wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (26) und einer zweiten Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen (E1, E2, V1, V2, V3, V4); mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, H) zum Einlegen der Gangstufen, wobei die Schaltelemente Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen; einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement (K3) zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle und der zweiten Getriebeantriebswelle; und einem Abtrieb (38wobei die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist; und die zweite Getriebeantriebswelle und die erste Vorgelegewelle mittels eines Zahnradpaares der Zahnradpaare bestehend aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam verbindbar ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, mit einer Getriebebremse (36), wobei die Getriebebremse antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbindbar ist und vorzugsweise eine Reibkupplung umfasst.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Planetenradträger oder ein Hohlrad (30) des Planetenradsatzes (RS) antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle (24) verbunden ist; und das Hohlrad oder der Planetenradträger des Planetenradsatzes dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden zu werden.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Planetenradsatz-Schaltelement (F) dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad (34) des Planetenradsatzsatzes (RS) festzusetzen; und/oder ein zweites Planetenradsatz-Schaltelement (H) dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken.
  5. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 4, wobei die zweite Getriebeantriebswelle (24) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Getriebeantriebswelle (22) zumindest abschnittsweise umgibt.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) und die zweite Getriebeantriebswelle (24) achsparallel zu der ersten Vorgelegewelle (26) und der zweiten Vorgelegewelle (28) angeordnet sind; die erste und zweite Vorgelegewelle eine Ebene definieren; und die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle in Draufsicht auf diese Ebene radial zwischen der ersten und zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F, H, K3) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Planetenradsatz-Schaltelemente (F, H) als Lastschaltelemente ausgebildet sind.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer weiteren Getriebewelle (46), die achsparallel zu der ersten Vorgelegewelle (26) oder der zweiten Vorgelegewelle (28) angeordnet ist und wenigstens zwei Zahnräder aufweist, die mit Zahnrädern der ersten Vorgelegewelle oder der zweiten Vorgelegewelle kämmen, um eine Windungsgangstufe einzurichten.
  10. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48) verbunden zu werden.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbunden ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeantriebswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; der Planetenradsatz (RS) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist; und vorzugsweise die Getriebebremse (36) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11 oder 12 mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48), wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (20) ansteuerbar ist; und/oder als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine (16) und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48) ansteuerbar ist und/oder die Verbrennungsmaschine (16) und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar ist.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (20) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102021206522A1 (de) 2021-06-24 2022-12-29 Zf Friedrichshafen Ag Kompaktes Hybridgetriebe mit mechanischem einfachem Aufbau

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