DE102020205089A1

DE102020205089A1 - Getriebe und Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020205089A1
Application number: DE102020205089.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Martin Brehmer; Matthias Horn; Fabian Kutter; Stefan Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN114466758A; WO2021213754A1; US20230039748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs,mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3),mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4),mit einer Abtriebswelle (9),mit einem die erste Antriebswelle (7) und eine über eine Konstantübersetzung (ic) mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5) für das erste Antriebsaggregat (3),mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6) für das zweite Antriebsaggregat (4),wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe (PG) mit einem Sonnenrad (24), einem Hohlrad (22) und einem Steg (23) ausgebildet ist,wobei das Hohlrad (22) die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) bildet,wobei der Steg (23) über ein Schaltelement (E) an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs.
Aus der US 2017/0129323 A1 ist ein Getriebe eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bekannt. Das Getriebe verfügt über eine erste Antriebswelle, an die ein erstes Antriebsaggregat koppelbar ist, sowie über eine zweite Antriebswelle, an die ein zweites Antriebsaggregat koppelbar ist. Ferner umfasst das Getriebe eine Abtriebswelle, an die ein Abtrieb koppelbar ist. Die erste Antriebswelle ist Bestandteil eines ersten Teilgetriebes für das erste Antriebsaggregat. Die zweite Antriebswelle ist Bestandteil eines zweiten Teilgetriebes für das zweite Antriebsaggregat. Beide Teilgetriebe sind nach der US 2017/0129323 A1 als Stirnradgetriebe ausgeführt. Die beiden Teilgetriebe sind aneinander koppelbar, und zwar über ein auf einer Vorgelegewelle angeordnetes Schaltelement.
Das Getriebe gemäß US 2017/0129323 A1 benötigt einen relativ großen Bauraum und weist ein relativ hohes Gewicht auf.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Getriebe eines Kraftfahrzeugs und ein Antriebssystem mit einem solchen Getriebe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das Getriebe weist eine erste Antriebswelle für ein erstes Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine zweite Antriebswelle für ein zweites Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine Abtriebswelle auf.
Das Getriebe weist ein die erste Antriebswelle und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle gekoppelte Vorgelegewelle umfassendes erstes Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ein die zweite Antriebswelle umfassendes zweites Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat auf, wobei das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Steg ausgebildet ist, wobei das Hohlrad die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bildet, wobei der Steg über ein Schaltelement an die Abtriebswelle gekoppelt ist.
Bevorzugt weist das Planetengetriebe einen einzigen Planetensatz auf. Dies dient v.a. der Klarstellung, dass das Planetengetriebe nicht mehrere Planetensätze aufweist.
Bevorzugt können auf der Vorgelegewelle Zahnräder angeordnet sein, die ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, wobei zumindest einige der koaxial zur ersten Antriebswelle angeordneten Zahnräder in auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, wobei sowohl der ersten Antriebswelle als auch der Vorgelegewelle Schaltelemente zugordnet sind, die abhängig von deren Schaltstellung für das erste Antriebsaggregat entweder einen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten, größeren Anzahl von Zahnradeingriffen bereitstellen
Vorzugsweise ist das Sonnenrad gehäusefest angebunden.
Das erste Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, ist als Stirnradgetriebe mit ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Auf der Vorgelegewelle angeordnete Zahnräder kämmen dabei bevorzugt ausschließlich in solche Zahnräder, die koaxial zur ersten Antriebswelle des ersten Teilgetriebes angeordnet sind. Hierdurch kann die Vorgelegewelle frei im Raum relativ zur ersten Antriebswelle positioniert werden. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe, nämlich der Vorgelegewelle und der ersten Antriebswelle, zugeordneten Schaltelemente stellt das erste Teilgetriebe entweder einen konventionellen Gang mit einer ersten Anzahl, insbesondere mit zwei, Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten Anzahl, nämlich mit vier, Zahnradeingriffen bereit.
Das zweite Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist, ist als Planetengetriebe ausgeführt. Das Hohlrad stellt die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bereit. Der Steg ist an die für beide Teilgetriebe gemeinsame Abtriebswelle über ein Zahnrad gekoppelt. Der Steg ist ferner über ein weiteres Zahnrad an ein Zahnrad der Vorgelegwelle gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt über ein Schaltelement, vorzugsweise eine Schaltkupplung.
Für das erfindungsgemäße Getriebe kann eine besonders kompakte Bauform realisiert werden. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist und die Vorgelegewelle relativ zur ersten Antriebswelle frei im Raum positioniert werden kann und nicht mit der Abtriebswelle kämmt. Vorgelegewelle und Abtriebswelle können durch die Ausführung des zweiten Teilgetriebes als Planetengetriebe relativ kurz ausgeführt werden. Ein weiterer Bauraumvorteil kann dann realisiert werden, wenn die dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgeführt und im Getriebe liegen, nämlich an einem bezogen auf die Anbindung des ersten Antriebsaggregats gleichen Ende.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Steg des Planetengetriebes über ein Schaltelement und ein koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad an die Abtriebswelle gekoppelt, wobei der Steg des Planetengetriebes über das Schaltelement und ein weiteres koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad mit einem auf der Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad gekoppelt ist. Das koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnrad, welches den Steg des Planetengetriebes über ein Schaltelement mit der Abtriebswelle koppelt, und das koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnrad, welches den Steg des Planetengetriebes über ein Schaltelement mit einem auf der Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad koppelt, sind vorzugsweise als drehfest miteinander verbundene Losräder der ersten Antriebswelle ausgebildet.
Diese Ausführung ist bevorzugt, um bei minimalem Bauraum den Steg einerseits mit der Abtriebswelle und andererseits mit einem Zahnrad der Vorgelegewelle zu koppeln. Bei minimalem Bauraum können alle gewünschten Übersetzungsstufen bereitgestellt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist dem Planetengetriebe ein weiteres Schaltelement zugordnet, über das abhängig von der Schaltstellung am Planetengetriebe ein Drehzahlüberlagerungsmodus für das erste und zweite Antriebsaggregat einstellbar ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein drittes Antriebsaggregat vorhanden, welches als elektrische Maschine ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat mit der ersten Antriebswelle in Wirkverbindung steht. Dann, wenn ein weiteres, drittes Antriebsaggregat vorhanden ist, welches ebenso wie das zweite Antriebsaggregat vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildet ist, können weitere Vorteile realisiert werden. So kann insbesondere das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat als Starter-Generator arbeiten und die Funktion des Getriebes bzw. des das Getriebe aufweisenden Antriebssystems verbessern. Dann, wenn zusätzlich eine Trennkupplung zwischen dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregat und der ersten Antriebswelle vorhanden ist, können rein elektrische Lastschaltungen bei geöffneter Trennkupplung bereitgestellt werden. Hierdurch kann dann der Betrieb eines das Getriebe aufweisenden Antriebssystems weiter verbessert werden.
Bevorzugt kann das dritte Antriebsaggregat entweder an das auf der ersten Antriebswelle angeordnete Festrad oder an das auf der Vorgelegewelle angeordnete Festrad gekoppelt sein. Dann kann ein separates Festrad zur Anbindung vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
2 eine Schaltmatrix des Antriebssystems der 1;
3 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
4 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
5 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem vierten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
6 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem fünften Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
7 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem sechsten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
7 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem sechsten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
8 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem siebten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
9 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem achten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
10 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem neunten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
11 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem zehnten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
12 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem elften Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
13 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem zwölften Ausführungsbeispiel eines Getriebes.

1 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Getriebe 2 umfasst.
Das Antriebssystem 1 umfasst zusätzlich zu dem Getriebe 2 ein erstes Antriebsaggregat 3 und ein zweites Antriebsaggregat 4, wobei das erste Antriebsaggregat 3 vorzugsweise als Verbrennungsmotor VM und das zweite Antriebsaggregat 4 vorzugsweise als elektrische Maschine EM1 ausgeführt ist. Bei dem Antriebssystem der 1 handelt es sich demnach um ein Hybrid-Antriebssystem.
Das Getriebe 2 umfasst zwei Teilgetriebe 5, 6. Das erste Teilgetriebe 5 dient als Teilgetriebe für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor VM ausgebildete Antriebsaggregat 3, wobei das erste Antriebsaggregat 3 an eine erste Antriebswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 des Getriebes 2 koppelbar ist.
Zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der ersten Antriebswelle 7 kann eine Dämpfungseinrichtung TD angeordnet sein. Die Dämpfungseinrichtung TD kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein und der Tilger kann als Drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
Das zweite Teilgetriebe 6 dient als Teilgetriebe für das als elektrische Maschine EM1 ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4, wobei das vorzugsweise als elektrische Maschine EM1 ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 an eine zweite Eingangswelle 8 des Getriebes 2 koppelbar ist, die vom zweiten Teilgetriebe 6 bereitgestellt ist.
Das Getriebe 2 verfügt weiterhin über eine für beide Teilgetriebe 5, 6 gemeinsame Abtriebswelle 9, an die ein Abtrieb 10 gekoppelt ist. Vom Abtrieb 10 ist in 1 ein Differenzial gezeigt.
Das erste Teilgetriebe 5 verfügt zusätzlich zu der ersten Antriebswelle 7, an die im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 das vorzugsweise als Verbrennungsmotor VM ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 permanent gekoppelt ist, über eine Vorgelegewelle 11. Die Vorgelegewelle 11 verläuft parallel zur ersten Antriebswelle 7, ist über eine Konstantübersetzung ic mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt und weist Zahnräder 16, 17, 18 auf, die ausschließlich mit koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordneten Zahnrädern 12, 13 und 15 kämmen. Die Vorgelegewelle 11 steht demnach nicht in Zahnradeingriff mit der Abtriebswelle 9 bzw. dem Differential 10, wodurch die Vorgelegewelle 11 relativ zur ersten Antriebswelle 7 vorteilhaft platziert werden kann, und zwar nahezu beliebig frei im Raum angeordnet werden kann, solange keine geometrische Kollision mit anderen Baugruppen besteht.
Bei den koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierten Zahnrädern handelt es sich um die Zahnräder 12, 13, 14 und 15. Beim Zahnrad 12 handelt es sich um ein Festrad, das drehfest mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt ist. Bei den Zahnrädern 13, 14 und 15 handelt es sich hingegen um Losräder. Die beiden Losräder 14 und 15 sind drehfest miteinander gekoppelt.
Der ersten Antriebswelle 7 sind zwei Schaltelemente B und D zugeordnet. Diese beiden Schaltelemente B und D sind vorzugsweise in einer Schalteinrichtung S1 als Doppelschaltelement ausgeführt, wobei immer nur eines dieser Schaltelemente B und D geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement D geschlossen ist, ist das Losrad 13 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt. Dann hingegen, wenn das Schaltelement B geschlossen ist, sind die beiden miteinander drehfest gekoppelten Zahnräder 14 und 15 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt.
Wie bereits ausgeführt, steht die Vorgelegewelle 11 mit der ersten Antriebswelle 7 über die Konstantübersetzung ic in Eingriff. So ist der Vorgelegewelle 11 das Festrad 16 zugeordnet, welches mit dem Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 kämmt.
Die Vorgelegewelle 11 trägt weiterhin die Losräder 17 und 18, wobei das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 mit dem Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7 kämmt, wohingegen des Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 mit dem Losrad 15 der ersten Antriebswelle 7 kämmt.
Der Vorgelegewelle 11 sind die beiden Schaltelemente A und C zugeordnet, die vorzugsweise wiederum in einer Schalteinrichtung S2 als Doppelschaltelement bereitgestellt werden, sodass immer nur eines dieser Schaltelemente A und C geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement C geschlossen ist, ist das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 angebunden. Dann hingegen, wenn das Schaltelement A geschlossen ist, ist das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 gekoppelt.
Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen, wie oben ausgeführt, ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierte Zahnräder, nämlich in die Zahnräder 12, 13 und 15. Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen nicht in Zahnräder der Abtriebswelle. Bei den Zahnrädern der Abtriebswelle 9 handelt es sich um die Zahnräder 19, 20 und 21, die allesamt als Festräder der Abtriebswelle 9 ausgebildet sind. So kämmt das Zahnrad 19 in das Differential des Abtriebs 10. Das Zahnrad 20 kämmt in das Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7, das Zahnrad 21 kämmt in das Losrad 14 der ersten Antriebswelle 7.
Das erste Teilgetriebe 5 für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsaggregat 3 ist demnach als Stirnradgetriebe aus ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe 5 zugeordneten Schaltelemente A, B, C und D können entweder konventionelle Gänge mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit zwei Zahnradeingriffen, oder Windungsgängen mit einer größeren zweiten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit vier Zahnradeingriffen, bereitgestellt werden, wobei es sich bei den Windungsgängen mit den vier Zahnradeingriffen um diejenigen Gänge handelt, in welchen entweder das Schaltelement A oder das Schaltelement C geschlossen ist.
So zeigt die Schaltmatrix der 2, dass die verbrennungsmotorischen Gänge Gang VM1 und Gang VM3 derartige Windungsgänge sind. Die Gänge Gang VM2 und Gang VM4 sind hingegen konventionelle Gänge mit lediglich zwei Zahnradeingriffen.
Bei dem zweiten Teilgetriebe 6 für das vorzugsweise als elektrische Maschine 4 ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 handelt es sich um ein Planetengetriebe PG, welches ein Hohlrad 22, einen Steg 23 und ein Sonnenrad 24 umfasst.
Das Hohlrad 22 des Planetengetriebes PG stellt die zweite Antriebswelle 8 des Getriebes 2, nämlich des zweiten Teilgetriebes 6 desselben, bereit. In 1 ist die elektrische Maschine EM1, die das zweite Antriebsaggregat 4 bereitstellt, direkt bzw. unmittelbar an die zweite Antriebswelle 8 gekoppelt und koaxial zum Planetengetriebe PG positioniert, sodass das Planetengetriebe PG im Rotor der elektrischen Maschine 4 geschachtelt angeordnet ist.
Die Abtriebsseite des Planetengetriebes 6 wird vom Steg 23 gebildet, der einerseits an die Abtriebswelle 9 und andererseits an ein Zahnrad der Vorgelegewelle 11 über das Schaltelement E gekoppelt ist.
So zeigt 1, dass der Steg 23 des Planetengetriebes bzw. des zweiten Teilgetriebes 6 mit dem Losrad 14 und über das Losrad 14 bzw. mit der Abtriebswelle 9 gekoppelt oder koppelbar ist, nämlich dem Festrad 21 derselben.
Ferner steht der Steg 23 gemäß 1 über das Zahnrad 15, welches ebenso wie das Zahnrad 14 als Losrad der ersten Antriebswelle 7 ausgebildet ist und mit dem Zahnrad 14 gekoppelt ist, mit dem Zahnrad 18 der Vorgelegewelle 11 in Eingriff, bei welchem es sich um ein Losrad der Vorgelegewelle 11 handelt, wenn das Schaltelement E geschlossen ist.
Beide Lösrader 17, 18 der Vorgelegewelle 11, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente C und A drehfest an die Vorgelegewelle 11 koppelbar sind, stehen demnach über die Losräder 13, 14, der ersten Antriebswelle 7, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente D und B drehfest an die ersten Antriebswelle 7 koppelbar sind, mit der Abtriebswelle 9 in Wirkverbindung. Die Zahnräder 16, 17, 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen aber ausschließlich in die koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierten Zahnräder und nicht in Zahnräder der Abtriebswelle 9.
Dem zweiten Teilgetriebe 6 sind Schaltelemente E und F zugeordnet. Abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente E und F ist entweder der Steg 23 oder das Hohlrad 22 an die zweite Antriebswelle 8 gekoppelt. Bei geschlossenem Schaltelement E ist der Steg 23 an die zweite Antriebswelle 8 angebunden. Bei geschlossenem Schaltelement F ist in 1 das Hohlrad 22 an die zweite Antriebswelle 8 angebunden.
Zusammenfassend kann man Folgendes zu der Ausgestaltung nach 1 sagen:

Die Sonne 24 ist permanent gehäusefest. Die elektrische Maschine EM1 ist mit dem Hohlrad 22 verbunden. Das Schaltelement E verbindet die zweite Antriebswelle 8 mit dem Steg 23, sodass der erste elektrische Gang E1 geschaltet werden kann. Das Schaltelement F verbindet die zweite Antriebswelle 8 mit dem Hohlrad 22 bzw. mit dem Rotor der elektrischen Maschine EM1, sodass der zweite elektrische Gang E2 geschaltet werden kann. Die zweite Antriebswelle 8 ist permanent mit dem Abtrieb verbunden über die Stirnradstufe i2, welche den V2 Gang darstellt. Dies stellt das Teilgetriebe 6 für die elektrische Maschine EM1 dar. Die Schaltelemente E/F können als Doppelschaltelement bzw. Schalteinrichtung S3 zusammengefasst werden. Dies hat den Vorteil, dass wenn E und F beide offen sind, sowohl die elektrische EM1 als auch das Planetengetriebe PG abgekoppelt sind und beim rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb (Zustände 11-14) keine Schleppverluste verursachen. „Rein verbrennungsmotorisch“ meint dabei, dass die große elektrische Maschine EM1 abgekoppelt ist, die kleinere elektrische Maschine EM2 dreht jedoch mit, sofern sie vorhanden ist.

Das Teilgetriebe 5 für den Verbrennungsmotor VM wird bevorzugt wie folgt ausgeführt:

• Von der Antriebswelle 7 können zwei Gänge V2 und V4 direkt auf die Abtriebswelle 9 geschaltet werden. Dies erfolgt über 2 Zahneingriffe und über die Schaltelemente B oder D.
• Die Vorgelegewelle 11 wird mit einer Konstanten ic angetrieben.
• Es gibt zwei sogenannte Windungsgänge, die jeweils mit einem der Schaltelemente A oder C geschaltet werden. Der Kraftfluss wird jeweils mit Umweg über die Vorgelegewelle 11 zur Abtriebswelle 9 geleitet. Es gibt dabei jeweils 4 Zahneingriffe.
• Es ist eine Vielzahl an Schaltzuständen möglich (rein elektrischer Betrieb, rein verbrennungsmotorischer Betrieb, Hybridbetrieb)
• Die beiden elektrischen Gänge E1 und E2 sind untereinander nicht lastschaltbar
• Im Hybridbetrieb sind Lastschaltungen durch elektrische Zugkraftstützung mit der elektrischen Maschine EM1 möglich

Einige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik liegen beim Bauraum:

• Die Vorgelegewelle 11 ist im Raum frei schwenkbar, da sie nicht mit dem Differential kämmt
• Die Vorgelegewelle 11 ist kürzer
• Die Stirnradstufe iab und die Stirnradstufe ic können in einer gemeinsamen axialen Ebene liegen (Einsparung axialer Bauraum)

Das Getriebe 2 kann für einen rein elektrischen Fahrbetrieb, einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und einen hybridischen Fahrbetrieb genutzt werden. Die Schaltmatrix der 2 fasst mit den Zuständen 1 bis 14 die jeweils möglichen Fahrbetriebe, Gänge und exemplarisch Übersetzungsstufen des Getriebes in den jeweiligen Gängen zusammen. Schaltelemente, die in dem jeweiligen Gang bzw. Zustand des Getriebes 2 geschlossen sind, sind in der Schaltmatrix der 2 mit einem X gekennzeichnet.
Die Übersetzungswerte der Schaltmatrix der 3 sind lediglich rein exemplarischer Natur. Die Übersetzungsstufen sind in 1 dargestellt.
4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher die Antriebswelle 7 nicht bis zum Ende des Getriebes geht. Die Vor- und Nachteile sind konstruktiver Art. Die Schaltmatrix ist dieselbe wie zu 1 dargestellt, also die in 2 gezeigte Schaltmatrix.
5 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher der Abtrieb 19 zum Differential zwischen den beiden Stufen i2 und i4 angeordnet ist. Die Vor- und Nachteile sind konstruktiver Art. Die Schaltmatrix ist dieselbe wie zu 1 dargestellt, also die in 2 gezeigte Schaltmatrix.
Diese Abwandlung kann auch bei der Ausführungsform nach 4 vorgesehen werden. Die elektrische Maschine EM2 ist nicht dargestellt, kann aber vorteilhaft vorhanden sein.
6 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher der Rotor der elektrischen Maschine EM1 nicht permanent mit dem Hohlrad verbunden ist, sondern mit dem Doppelschaltelement E/F zwischen Hohlrad 22 und Steg 23 umgekoppelt werden kann. Der Steg 23 ist mit der Antriebswelle 8 permanent verbunden. Ein Nachteil ist, dass das Planetengetriebe PG nicht abgekoppelt werden kann.
Die Schaltmatrix ist dieselbe wie zu 1 dargestellt, also die in 2 gezeigte Schaltmatrix.
Eine weitere nicht dargestellte Abwandlung beinhaltet, dass die elektrische Maschine EM2 mit der Vorgelegewelle 11 verbunden ist, z. B. über ein Zwischenrad. Die Abwandlung ist funktional gleichbedeutend zur Ausgestaltung nach 1, da die Vorgelegewelle11 permanent mit dem Verbrennungsmotor VM wirkverbunden ist.
Diese Abwandlung kann in allen beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden.
7 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher eine Trennkupplung K0 für den Verbrennungsmotor VM hinzugefügt ist. Die Trennkupplung K0 kann eine Klauenkupplung ausgebildet sein oder alternativ als Reibkupplung. Das Vorsehen der Trennkupplung K0 weist folgende Vorteile auf:

• Bei offener K0 ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit EM2 möglich (Nutzung der Gänge V1, V2, V3, V4).
• Ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit EM1 und EM2 zusammen ist möglich, wobei die jeweiligen Gänge beliebig kombiniert werden können.
• Im rein elektrischen Fahrbetrieb (K0 offen) kann EM2 die Zugkraft stützen, während EM1 den Gang wechselt
• Im rein elektrischen Fahrbetrieb (K0 offen) kann EM1 die Zugkraft stützen, während EM2 den Gang wechselt

Ist die Trennkupplung K0 als Reibkupplung ausgebildet ergeben sich weitere Vorteile:

• K0 kann auch unter Last öffnen, z.B. bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion beim VM.
• K0 kann auch unter Differenzdrehzahl geschlossen werden, sodass ein sogenannter „Schwungstart“ des VM mit EM2 möglich ist (Ausnutzung der Trägheitsmasse von EM2 zum VM-Start).

8 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher

• Das Planetengetriebe PG anders verschaltet ist: die elektrische Maschine EM1 ist mit dem Steg 23 verbunden.
• Das Planetengetriebe PG wirkt bei Schaltstellung F ins Schnelle
• Die Stirnrad-Getriebeübersetzungen werden daher angepasst
• Die zweite Antriebswelle 8 ist mit der Stirnradstufe des Ganges V1 verbunden (bei 1 war es der Gang V2), sodass die elektrische Maschine EM1 genügend hohe Übersetzungen zum Abtrieb hat.
• Die VM-Gänge ohne Windung sind nun V1 und V3 (bei 1 waren es V2 und V4)
• Die Windungsgänge sind nun V2 und V4 (bei Variante 1 waren es V1 und V3)

Dadurch erhält man folgende Vorteile:

• Im Haupt-E-Fahrgang E1 (Schaltelement E geschlossen) ist der Wirkungsgrad gut (keine Leistung im abwälzenden Planetengetriebe)
• Das Zahnrad 12 der Stufe ic auf der Antriebswelle 7 kann größer sein, sodass die elektrische Maschine EM2 dort besser angebunden werden kann

9 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 6, in welcher

• Das Planetengetriebe PG anders verschaltet ist.
• Das Planetengetriebe PG wirkt bei Schaltstellung F ins Schnelle
• Die Stirnrad-Getriebeübersetzungen werden daher angepasst
• Die Antriebswelle 8 ist mit der Stirnradstufe des Ganges V1 verbunden (bei 1 war es der Gang V2), sodass die elektrische Maschine EM1 genügend hohe Übersetzungen zum Abtrieb hat.
• Die VM-Gänge ohne Windung sind nun V1 und V3 (bei 1 waren es V2 und V4)
• Die Windungsgänge sind nun V2 und V4 (bei 1 waren es V1 und V3)

Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

• Im Haupt-E-Fahrgang E1 (Schaltelement E geschlossen) ist der Wirkungsgrad gut (keine Leistung im abwälzenden Planetengetriebe PG)
• Das Zahnrad 12 der Stufe ic auf der Antriebswelle 7 kann größer sein, sodass EM2 dort besser angebunden werden kann

10 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher

• Das Planetengetriebe PG anders angebunden ist: die Anbindung des Hohlrades 22 und der Sonne 24 vertauscht. Das Hohlrad 22 ist permanent gehäusefest, die Sonne 24 ist mit dem Rotor der elektrischen Maschine EM1 verbunden
• Die Folge ist, dass die elektrische Maschine EM1 im Gang E1 eine deutlich höhere Übersetzung hat als bei 1 (im Zahlenbeispiel 14.85 bei 10 und 8.63 bei 1)
• Der Vorteil ist, dass die elektrische Maschine EM1 mit geringerer Drehmomentanforderung ausgelegt werden kann
• Der Gang E2 hat die gleiche Übersetzung wie bei 1 (im Zahlenbeispiel 5.46 sowohl bei 10 als auch bei Variante 1)
• Die Übersetzungen für VM (und ggf. EM2) sind davon unberührt

11 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 10, in welcher die Antriebswelle7 nicht bis zum Ende des Getriebes 2 geht. Die Vor- und Nachteile sind konstruktiver Art.
12 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher

• Die Sonne 24 für den Gang E1 gehäusefest geschaltet wird (Schaltelement E).
• Für den Gang E2 wird das Planetengetriebe PG verblockt, indem zwei der drei Elemente miteinander verbunden werden (Schaltelement F).
• Vorteilhaft ist es, wenn E und F als ein Doppelschaltelement ausgeführt wird. Da die Sonne 24 gegen das Gehäuse 25 geschaltet wird, bleiben für die Verblockung mit F zwei sinnvolle Varianten übrig: Sonne 24 mit Hohlrad 22 oder Sonne 24 mit Steg 23.
• Es wäre auch die Verbindung Hohlrad 22 mit Steg 23 möglich (dann ist aber das Doppelschaltelement nicht möglich).

13 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 12, in welcher

• Das Planetengetriebe PG anders verschaltet ist. Die elektrische Maschine EM1 ist mit dem Steg 23 verbunden.
• Das Planetengetriebe PG wirkt bei Schaltstellung F ins Schnelle
• Die Stirnrad-Getriebeübersetzungen werden daher angepasst
• Die zweite Antriebswelle 8 ist mit der Stirnradstufe des V1 Ganges verbunden (bei 12 war es der V2 Gang), sodass EM1 genügend hohe Übersetzungen zum Abtrieb hat.
• Die VM-Gänge ohne Windung sind nun V1 und V3 (bei 12 waren es V2 und V4)
• Die Windungsgänge sind nun V2 und V4 (bei 12 waren es V1 und V3)

Vorteile:

• Im Haupt-E-Fahrgang E1 (Schaltelement E geschlossen) ist der Wirkungsgrad gut (keine Leistung im abwälzenden Planetengetriebe)
• Das Zahnrad der Stufe ic auf der Antriebswelle 1 kann größer sein, sodass EM2 dort besser angebunden werden kann

Alle Ausführungsformen weisen folgenden Merkmale auf:

Die elektrische Maschine EM1 kann ganz am Getriebeende sitzen. Ein Aktuator zur Betätigung der Schalteinrichtung S3 mit den Schaltelementen E/F kann getriebeseitig von außen erreichen. Dies kann insbesondere bei einer besonders großen und leistungsfähigen elektrischen Maschine EM1 sinnvoll sein, wenn sowohl die Schalteinrichtung S3 mit den Schaltelementen E/F als auch das Planetengetriebe PG mindestens teilweise innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine EM1 radial schachtelbar sind. Dies hat den Vorteil, dass axialer Bauraum eingespart wird.
Die Antriebswelle 7 kann nicht bis zum Ende des Getriebes 2 gehen, sie kann alternativ auch schon beim Schaltelement B oder bei der Stirnradstufe i1 enden. Es kann jedoch konstruktiv aus Lagerungsgründen sinnvoll sein, die Antriebswelle 7 wie im Schema angedeutet zu verlängern.

Es ist vorteilhaft, einen mit dem Verbrennungsmotor VM fest verbundenen zusätzlichen Starter-Generator EM2 vorzusehen, da mit der elektrischen Maschine EM1 kein Laden im Stillstand möglich ist.
Die elektrische Maschine EM2 kann bevorzugt mit einem Zwischenrad an die Stufe ic angebunden werden.
Die elektrische Maschine EM2 kann alternativ als koaxiale E-Maschine an die Antriebswelle 7 angebunden sein.
Die elektrische Maschine EM2 könnte alternativ auch am Riementrieb des Verbrennungsmotor VM angebracht sein.
Folgende Funktionen können mit der elektrischen Maschine EM2 abgedeckt werden, sofern die elektrische Maschine EM2 vorhanden ist:

• VM-Start aus rein elektrischer Fahrt
• Versorgung des elektrischen Bordnetzes
• serielles Kriechen und serielles Fahren vorwärts / rückwärts. Die elektrische Maschine EM2 erzeugt dabei Strom für die elektrische Maschine EM1 in den Schaltzuständen 9 und 10
• Unterstützung der VM-Drehzahlregelung beim Ankoppeln und bei Schaltungen
• Eine Synchronisation von Klauenschaltelementen beispielsweise bei Schaltungen wird vorteilhaft durch Drehzahlregelung an einer E-Maschine vorgenommen.

Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Getriebe
3: erstes Antriebsaggregat / Verbrennungsmotor
4: zweites Antriebsaggregat / elektrische Maschine
5: erstes Teilgetriebe
6: zweites Teilgetriebe
7: erste Antriebswelle
8: zweite Antriebswelle
9: Abtriebswelle
10: Abtrieb
11: Vorgelegwelle
12: Festrad
13: Losrad
14: Losrad
15: Losrad
16: Festrad
17: Losrad
18: Losrad
19: Festrad
20: Festrad
21: Festrad
22: Hohlrad
23: Steg
24: Sonnenrad
25: Gehäuse
28: drittes Antriebsaggregat / elektrische Maschine
29: Stirnradstufe
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
E: Schaltelement
F: Schaltelement
K0: Trennkupplung
S1: Schalteinrichtung
S2: Schalteinrichtung
S3: Schalteinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2017/0129323 A1 [0002, 0003]

Claims

Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3), mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4), mit einer Abtriebswelle (9), mit einem die erste Antriebswelle (7) und eine über eine Konstantübersetzung (ic) mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5) für das erste Antriebsaggregat (3), mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6) für das zweite Antriebsaggregat (4), wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe (PG) mit einem Sonnenrad (24), einem Hohlrad (22) und einem Steg (23) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (22) die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) bildet, wobei der Steg (23) über ein Schaltelement (E) an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (23) des Planetengetriebes (PG) mittels des Schaltelementes (E) über ein koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (14) an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist, der Steg (23) des Planetengetriebes (PG) mittels des Schaltelementes (E) über ein weiteres koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (15) mit einem auf der Vorgelegewelle (11) angeordneten Zahnrad (18) gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnrad (14), welches den Steg (23) des Planetengetriebes mit der Abtriebswelle (9) koppelt, und das koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnete Zahnrad (14), welches den Steg (23) des Planetengetriebes mit einem auf der Vorgelegewelle (11) angeordneten Zahnrad (18) koppelt, als drehfest miteinander verbundene Losräder der ersten Antriebswelle (7) ausgebildet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Vorgelegewelle (11) angeordnete Zahnrad (18), an welches der Steg (23) des Planetengetriebes gekoppelt ist, als Losrad der Vorgelegewelle (11) ausgebildet ist, welches dann, wenn eines der der Vorgelegewelle (11) zugordneten Schaltelemente (A) geschlossen ist, drehfest an die Vorgelegewelle (11) gekoppelt ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) direkt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) unmittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) indirekt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) mittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein drittes Antriebsaggregat (28), welches als elektrische Maschine (EM2) ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat (28) mit der ersten Antriebswelle (7) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Konstantübersetzung (ic) zwischen erster Antriebswelle (7) und Vorgelegewelle (11) ein auf der ersten Antriebswelle angeordnetes Festrad (12) in ein auf der Vorgelegewelle angeordnetes Festrad (16) kämmt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine der ersten Antriebswelle (7) zugeordnete Trennkupplung (K0) zur abkoppelbaren Anbindung des ersten Antriebsaggregats (3) an die erste Antriebswelle (7).
Antriebssystem (1) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem an die erste Antriebswelle (7) gekoppelten ersten Antriebsaggregat (3), mit einem an die zweite Antriebswelle (8) gekoppelten zweiten Antriebsaggregat (4), mit einem an die Abtriebswelle (9) gekoppelten Abtrieb (10).