DE102021000943A1 - Hybrid propulsion system and vehicle - Google Patents

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Germany
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planetary gear
drive system
gear set
hybrid drive
input shaft
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German (de)
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Tobias Schilder
Tobias Haerter
Peter Appeltauer
Klaus Riedl
Peter Hahn
Jonathan Zeibig
Carsten Gitt
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Mercedes Benz Group AG
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Mercedes Benz Group AG
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/52—Driving a plurality of drive axles, e.g. four-wheel drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem (1), mit einen Verbrennungsmotor (2),mit einer elektrische Maschine (3) mit einem Stator (5) und einem Rotor (4) mit Rotorrad (6), mit einem Getriebe (7) mit einer um eine Hauptdrehachse drehbaren Eingangswelle (9) mit einem koaxial zu der Hauptdrehachse angeordneten dreiwelligen Planetenradsatz (10), welcher ein erstes Element (11), ein zweites Element (12) und ein drittes Element (13) aufweist, mit einem ersten Stirnradteilgetriebe, welches eine koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnete erste Teilgetriebeeingangswelle (14) aufweist, mit einem zweiten Stirnradteilgetriebe, welches eine zweite Teilgetriebeeingangswelle (15) aufweist, und mit wenigstens einer Vorgelegewelle (16), wobei die Eingangswelle (9) mit dem ersten Element (11) verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (2) und mittels einer Trennkupplung (K0) sowie einem Torsionsschwingungsdämpfer (8) drehmomentübertragend mit der Eingangswelle (9) verbindbar ist, wobei die erste Teilgetriebeeingangswelle (14) drehfest mit dem zweiten Element (12) verbunden ist, wobei die zweite Teilgetriebeeingangswelle (15) drehfest mit dem ersten Element (11) verbunden ist, wobei das Rotorrad (6) derart an das dritte Element (13) angebunden ist, dass Drehmomente zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Getriebe (7) über das dritte Element (13) ausgetauscht werden können, mit einer erste Radpaarung (RP1) des ersten Stirnradteilgetriebes und einer zweiten Radpaarung (RP2) des zweiten Stirnradteilgetriebes.The invention relates to a hybrid drive system (1), with an internal combustion engine (2), with an electric machine (3) with a stator (5) and a rotor (4) with a rotor wheel (6), with a gear (7) with a an input shaft (9) rotatable on a main axis of rotation with a three-shaft planetary gearset (10) arranged coaxially to the main axis of rotation, which has a first element (11), a second element (12) and a third element (13), with a first spur gear sub-transmission, which has a having a first partial transmission input shaft (14) arranged coaxially to the main axis of rotation, having a second spur gear partial transmission which has a second partial transmission input shaft (15), and having at least one countershaft (16), the input shaft (9) being connected to the first element (11). , wherein the internal combustion engine (2) can be connected to the input shaft (9) in a torque-transmitting manner by means of a separating clutch (K0) and a torsional vibration damper (8), the first T uni-transmission input shaft (14) is non-rotatably connected to the second element (12), the second sub-transmission input shaft (15) being non-rotatably connected to the first element (11), the rotor wheel (6) being connected to the third element (13) in such a way that that torques can be exchanged between the electrical machine (3) and the transmission (7) via the third element (13), with a first pair of wheels (RP1) of the first spur gear part and a second pair of wheels (RP2) of the second spur gear part.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem, welches einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und ein Getriebe aufweist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Hybridantriebsystem.The invention relates to a hybrid drive system, which has an internal combustion engine, an electric machine and a transmission, of the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle with such a hybrid drive system.

Als nächstliegender Stand der Technik kann die DE 10 2018 222 023 A1 angesehen werden. In dieser ist ein Hybridantriebssystem beschrieben, welches ebenfalls einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und ein Getriebe aufweist. In Leistungsflussrichtung auf den Verbrennungsmotor folgt dabei eine Trennkupplung mit im Leistungsfluss nach der Trennkupplung in diese integriertem aber in der Anmeldung nicht näher beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer sowie einem Planetengetriebe, über welches die elektrische Maschine angekoppelt ist. Der Aufbau ist dabei relativ komplex und benötigt sehr viel Bauraum, insbesondere in axialer Richtung.As the closest prior art, the DE 10 2018 222 023 A1 be considered. In this, a hybrid drive system is described, which also has an internal combustion engine, an electric machine and a transmission. In the direction of power flow to the internal combustion engine, there follows a separating clutch with a torsional vibration damper integrated in the power flow after the separating clutch but not described in detail in the application, and a planetary gear via which the electric machine is coupled. The structure is relatively complex and requires a lot of space, especially in the axial direction.

Zum weiteren Stand der Technik kann ferner auf die WO 2010/094389 A1 hingewiesen werden. Auch diese Schrift zeigt eine Hybridantriebsvorrichtung mit einer Primärantriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors und einer Sekundärantriebsmaschine in Form einer elektrischen Maschine, welche über ein Planetengetriebe bzw. einen sogenannten Planetenradsatz in die Hybridantriebsvorrichtung eingebunden ist.For further prior art can also on the WO 2010/094389 A1 be advised. This document also shows a hybrid drive device with a primary drive machine in the form of an internal combustion engine and a secondary drive machine in the form of an electric machine, which is integrated into the hybrid drive device via a planetary gear or a so-called planetary gear set.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Hybridantriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches einen einfachen und kompakten Aufbau erlaubt.The object of the present invention is now to create an improved hybrid drive system according to the preamble of claim 1, which allows a simple and compact design.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Hybridantriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 12 ist außerdem ein Fahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebssystem angegeben, wobei sich auch hier eine vorteilhafte Weiterbildung aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch ergibt.According to the invention, this object is achieved by a hybrid drive system having the features in claim 1. Advantageous refinements and developments result from the dependent subclaims. Claim 12 also specifies a vehicle with such a hybrid drive system, with an advantageous further development resulting from the dependent claim here as well.

Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem nutzt einen dem Stand der Technik ähnlichen Aufbau mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe. Das Getriebe umfasst einen dreiwelligen Planetenradsatz sowie zwei Stirnradteilgetriebe, welche über wenigstens eine Vorgelegewelle abtreiben. Dabei ist die elektrische Maschine über das dritte Element des Planetenradsatzes angebunden, sodass Drehmomente ausgehend von der elektrischen Maschine über dieses dritte Element des Planetenradsatzes in das Getriebe eingeleitet werden können. Die erste Teilgetriebeeingangswelle ist dabei drehfest mit dem zweiten Element des Planetenradsatzes und die zweite Teilgetriebeeingangswelle drehfest mit dem ersten Element des Planetenradsatzes verbunden. Eine erste Radpaarung des ersten Stirnradteilgetriebes und eine zweite Radpaarung des zweiten Stirnradteilgetriebes weisen dabei jeweils wenigstens zwei Zahnräder auf, wobei für den Fall, dass eine der Radpaarungen zur Realisierung eines Rückwärtsgangs realisiert wird, ein zusätzliches drittes Zahnrad mit vorgesehen werden kann. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass in Bezug auf einen von dem Verbrennungsmotor ausgehenden Drehmomentfluss der Verbrennungsmotor, der Torsionsschwingungsdämpfer, die Trennkupplung und der Planetenradsatz in eben dieser genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Dieser Aufbau erlaubt ein entsprechend einfaches und letzten Endes kompakt zu realisierendes Getriebe, welches bei auf die Zahl der Funktionalitäten bezogenem Bauraumbedarf im Vergleich zum Stand der Technik sehr positiv abschneidet. Darüber hinaus kann durch den ergänzenden Planetenradsatz mit der elektrischen Maschine zur an sich nicht lastschaltbaren Struktur der Stirnradteilgetriebe über die elektrische Maschine eine stufenlose Synchronisation realisiert werden.The hybrid drive system according to the invention uses a structure similar to the prior art with an internal combustion engine, an electric machine and a transmission. The transmission includes a three-shaft planetary gear set and two spur gear sub-transmissions, which output via at least one countershaft. The electric machine is connected via the third element of the planetary gear set, so that torques can be introduced into the transmission from the electric machine via this third element of the planetary gear set. The first partial transmission input shaft is non-rotatably connected to the second element of the planetary gear set and the second partial transmission input shaft is non-rotatably connected to the first element of the planetary gear set. A first pair of wheels of the first spur gear sub-transmission and a second pair of wheels of the second spur gear sub-transmission each have at least two gears, and in the event that one of the wheel pairs is used to implement a reverse gear, an additional third gear can also be provided. According to the invention, with respect to a torque flow emanating from the internal combustion engine, the internal combustion engine, the torsional vibration damper, the separating clutch and the planetary gear set are arranged one after the other in precisely this order. This structure allows a correspondingly simple and ultimately compact transmission to be implemented, which performs very positively in comparison to the prior art in terms of installation space requirements related to the number of functionalities. Furthermore, thanks to the additional planetary gear set with the electrical machine, continuous synchronization can be realized via the electrical machine for the structure of the spur gear sub-transmission that cannot be shifted under load.

Mit der auf den Drehmomentfluss bezogenen Anordnung des Verbrennungsmotors, des Torsionsschwingungsdämpfers, der Trennkupplung und des Planetenradsatzes in eben dieser genannten Reihenfolge ist gemeint, dass der Verbrennungsmotor, der Torsionsschwingungsdämpfer, die Trennkupplung und der Planetenradsatz derart angeordnet und miteinander gekoppelt sind, das Drehmomente ausgehend von dem Verbrennungsmotor, beziehungsweise von einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, zunächst auf den Torsionsschwingungsdämpfer übertragen werden, von dort werden diese Drehmomente weiter zunächst auf die Trennkupplung übertragen, von dort werden diese Drehmomente bei geschlossener Trennkupplung weiter auf den Planetenradsatz übertragen. Vorteilhaft werden diese Drehmomente von dem Verbrennungsmotor beziehungsweise von dessen Kurbelwelle unmittelbar, das heißt ohne weitere zwischengeschaltete Komponente auf den Torsionsschwingungsdämpfer übertragen und von dort unmittelbar weiter auf die Trennkupplung. Wobei die Drehmomente von der Trennkupplung aus mittelbar auf den Planetenradsatz weiter übertragen werden.The arrangement of the internal combustion engine, the torsional vibration damper, the separating clutch and the planetary gear set in relation to the torque flow in precisely this order means that the internal combustion engine, the torsional vibration damper, the separating clutch and the planetary gear set are arranged and coupled to one another in such a way that torques are generated from the Internal combustion engine, or from a crankshaft of the internal combustion engine, are first transferred to the torsional vibration damper, from there these torques are first transferred to the separating clutch, from there these torques are transferred further to the planetary gear set when the separating clutch is closed. Advantageously, these torques are transmitted directly from the internal combustion engine or from its crankshaft, that is to say without further intermediate components, to the torsional vibration damper and from there directly to the separating clutch. The torques are transmitted indirectly from the separating clutch to the planetary gear set.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann außerdem ein Verblockungsschaltelement vorgesehen sein, welches dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken und so verschiedene Gänge über den Planetenradsatz zu realisieren, sodass letztlich die Zahl der über die Stirnradteilgetriebe zur Verfügung gestellten Gänge verdoppelt wird. Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass das Verblockungsschaltelement in Richtung der Hauptdrehachse gesehen zwischen der ersten Radpaarung und der zweiten Radpaarung angeordnet ist. Dies erlaubt eine sehr kompakte Anordnung und einen entsprechend kompakten Aufbau des gesamten Hybridantriebssystems, weil in der entsprechenden Ebene senkrecht auf der Hauptdrehachse dann weitere benötigte Schaltelemente angeordnet werden können, sodass hier Bauraumsynergien geschaffen werden. Das Verblockungsschaltelement kann dabei vorzugsweise koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet sein.According to a very advantageous development of the hybrid drive system according to the invention, a blocking shifting element can also be provided, which is designed to block the planetary gear set and so different ones Realize gears via the planetary gear set, so that ultimately the number of gears available via the spur gear sub-transmission is doubled. According to a very advantageous development of this idea, it is provided that the locking shifting element is arranged between the first pair of wheels and the second pair of wheels, viewed in the direction of the main axis of rotation. This allows a very compact arrangement and a correspondingly compact design of the entire hybrid drive system, because further required switching elements can then be arranged in the corresponding plane perpendicular to the main axis of rotation, so that space synergies are created here. The locking switching element can preferably be arranged coaxially to the main axis of rotation.

Unter koaxial im Sinne der Erfindung ist dabei ein drehbar gelagertes Element koaxial angeordnet zu einem anderen drehbar gelagerten Element zu verstehen, sodass die Drehachsen der beiden Elemente jeweils gleich sind.In the context of the invention, coaxial is to be understood as meaning a rotatably mounted element arranged coaxially with another rotatably mounted element, so that the axes of rotation of the two elements are the same in each case.

Ferner ist gemäß der Erfindung unter einer Radpaarung eine Anzahl von zwei miteinander kämmenden Zahnrädern zu verstehen, welche parallele Drehachsen aufweisen und bezogen auf eine Ebene, welche senkrecht zu diesen Drehachsen steht, in einer Ebene, welche als Radsatzebene bezeichneten wird, angeordnet sind.Furthermore, according to the invention, a gear pair is understood to mean a number of two gears meshing with one another, which have parallel axes of rotation and are arranged in a plane, which is referred to as the wheel set plane, in relation to a plane which is perpendicular to these axes of rotation.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems sieht es nun außerdem vor, dass wenigstens ein drehfest mit der wenigstens einen Vorgelegewelle verbundenes Abtriebsrad axial überlappend mit der Trennkupplung und/oder dem Planetenradsatz angeordnet ist.Another very advantageous embodiment of the hybrid drive system according to the invention now also provides that at least one output gear non-rotatably connected to the at least one countershaft is arranged so as to overlap axially with the separating clutch and/or the planetary gear set.

Axial im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bedeutet dabei immer axial in Bezug auf die Hauptdrehachse, welche wiederum mit der Drehachse der Eingangswelle zusammenfällt.In the context of the present invention, axial always means axial in relation to the main axis of rotation, which in turn coincides with the axis of rotation of the input shaft.

Drehfest im Sinne der Erfindung ist so definiert, dass unter einer drehfesten Verbindung oder Kopplung zweier drehbar gelagerter Elemente zu verstehen ist, dass diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen.Torsionally within the meaning of the invention is defined such that a torsionally fixed connection or coupling of two rotatably mounted elements means that these two elements are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular velocity.

Das drehfest mit der wenigstens einen Vorgelegewelle verbundene Abtriebsrad ist also als Festrad koaxial zu der Vorgelegewelle ausgebildet. Es ist in axialer Richtung der Hauptdrehachse gesehen überlappend zu der Trennkupplung und/oder dem Planetenradsatz angeordnet, um so einen kompakten Aufbau in axialer Richtung zu erreichen.The driven wheel, which is connected in a rotationally fixed manner to the at least one countershaft, is therefore designed as a fixed wheel coaxial to the countershaft. Viewed in the axial direction of the main axis of rotation, it is arranged in an overlapping manner with the separating clutch and/or the planetary gear set in order to achieve a compact structure in the axial direction.

Eine weitere außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems sieht es nun außerdem vor, dass ein Bremsschaltelement vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, das erste Element des Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Getriebes zu verbinden. Das Bremsschaltelement kann also das erste Element des Planetenradsatzes gegenüber dem Gehäuse festbremsen, um so, insbesondere in einer Ausgestaltung, bei welcher das Bremsschaltelement ergänzend zu dem Verblockungsschaltelement vorhanden ist, die mögliche Variation der Nutzung des Planetenradsatzes entsprechend zu erhöhen.A further extraordinarily favorable development of the hybrid drive system according to the invention now also provides that a brake switching element is provided, which is set up to connect the first element of the planetary gear set to a housing of the transmission. The brake switching element can therefore brake the first element of the planetary gear set relative to the housing in order to correspondingly increase the possible variation in the use of the planetary gear set, particularly in an embodiment in which the brake switching element is present in addition to the blocking switching element.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann es dabei vorgesehen sein, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen sowohl der Planetenradsatz als auch die erste Radpaarung, als auch das Verblockungsschaltelement als auch die zweite Radpaarung, insbesondere, aber nicht zwingend, in dieser Reihenfolge, zwischen dem Bremsschaltelement und der Trennkupplung angeordnet sind. Dieser Aufbau schließt also entlang der Hauptachse des Getriebes die genannten Elemente, beispielsweise in der angesprochenen Reihenfolge, zwischen dem Bremsschaltelement auf der einen Seite und der Trennkupplung auf der anderen Seite ein, um so einen kompakten Aufbau zu unterstützen.According to an extremely favorable embodiment of the hybrid drive system according to the invention, it can be provided that, seen in the direction of the main axis of rotation, both the planetary gear set and the first pair of wheels, as well as the locking shift element and the second pair of wheels, in particular, but not necessarily, in this order, between the brake switching element and the separating clutch are arranged. This structure thus encloses the elements mentioned along the main axis of the transmission, for example in the order mentioned, between the brake switching element on the one hand and the separating clutch on the other side, in order to support a compact structure.

Dabei kann gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems in Richtung der Hauptdrehachse gesehen die erste Radpaarung benachbart zu dem Planetenradsatz angeordnet sein und zur Bildung eines Getriebegangs ausgebildet sein, welcher von allen Getriebegängen die größte Übersetzung aufweist. Dieser Gang kann also vorzugsweise unmittelbar auf den Planetenradsatz in Richtung der Hauptdrehachse, als in axialer Richtung, folgen.According to a very favorable embodiment of the hybrid drive system according to the invention, viewed in the direction of the main axis of rotation, the first pair of wheels can be arranged adjacent to the planetary gear set and be designed to form a gear which has the greatest translation of all gears. This gear can therefore preferably follow directly on the planetary gear set in the direction of the main axis of rotation, rather than in the axial direction.

Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung kann es außerdem vorgesehen sein, dass das Rotorrad der elektrischen Maschine axial, also wiederum in Richtung der Hauptdrehachse gesehen, überlappend zu der Trennkupplung angeordnet ist und der Planetenradsatz axial zwischen der Trennkupplung und den beiden Radpaarungen liegt. Auch dies dient einem entsprechend kompakten Aufbau in axialer Richtung.According to a further very favorable embodiment, it can also be provided that the rotor wheel of the electric machine is arranged so that it overlaps the separating clutch axially, i.e. again viewed in the direction of the main axis of rotation, and the planetary gear set is located axially between the separating clutch and the two wheel pairs. This also serves to achieve a correspondingly compact structure in the axial direction.

Alternativ dazu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen die Trennkupplung, die Radpaarungen und der Planetenradsatz in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Der Planetenradsatz ist in dieser vorteilhaften Ausgestaltung also auf der der Trennkupplung und damit typischerweise dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite des Getriebes angeordnet. Dabei kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hiervon in Richtung der Hauptachse gesehen ein erstes Schaltelement für die erste Radpaarung sowie ein zweites Schaltelement für die zweite Radpaarung zwischen den Radpaarungen angeordnet werden, um so den Aufbau nochmals kompakter zu gestalten. Insbesondere können die beiden Schaltelemente dabei auf der wenigstens einen Vorgelegewelle angeordnet sein, sodass also die koaxial zur Vorgelegewelle befindlichen Zahnräder der jeweiligen Radpaarung als Losräder und die beiden koaxial zu der Hauptdrehachse angeordneten Zahnräder als Festräder auf der jeweiligen Teilgetriebeeingangswelle angeordnet sind. Alternativ dazu wären auch zwei Vorlegewellen denkbar Dies würde den Aufbau in axialer Richtung nochmal verkürzen, würde aber quer dazu zusätzlichen Bauraum beanspruchen.As an alternative to this, however, provision can also be made for the separating clutch, the wheel pairs and the planetary gear set to be arranged one after the other in the order mentioned, viewed in the direction of the main axis of rotation. In this advantageous embodiment, the planetary gear set is therefore on the side of the Gear arranged. According to an advantageous embodiment of this, seen in the direction of the main axis, a first switching element for the first pair of wheels and a second switching element for the second pair of wheels can be arranged between the pair of wheels in order to make the structure even more compact. In particular, the two shifting elements can be arranged on the at least one countershaft, so that the gears of the respective wheel pair that are coaxial with the countershaft are arranged as idler gears and the two gears that are arranged coaxially with the main axis of rotation are arranged as fixed gears on the respective sub-transmission input shaft. Alternatively, two countershafts would also be conceivable. This would further shorten the structure in the axial direction, but would require additional installation space transversely to it.

Das erste und das dritte Element des Planetenradsatzes können dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung als Differenzwellen des Planetenradsatzes ausgebildet sei, während das zweite Element als eine Summenwelle des Planetenradsatzes ausgebildet wird.According to a very favorable embodiment of the hybrid drive device according to the invention, the first and the third element of the planetary gear set can be designed as differential shafts of the planetary gear set, while the second element is designed as a sum shaft of the planetary gear set.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es nun so, dass dieses ein Hybridantriebssystem nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufweist. Zusätzlich kann ein elektrisches Antriebssystem vorgesehen sein, welches von dem Hybridantriebssystem mechanisch unabhängig ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine Reduktion der Anzahl der benötigten Gänge und kann beispielsweise ein Anfahren oder auch eine Rückwärtsfahrt in rein elektrischer Betriebsweise realisieren. Zusammen mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem in der oben beschriebenen Ausgestaltung ist es dabei auch möglich elektrisch anzufahren, wenn die Batterie eines solchen Fahrzeugs relativ leer ist, weil trotz dem möglichen Verzicht auf kleine Gänge in dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem zum elektrischen Anfahren der Verbrennungsmotor betrieben werden kann, um die elektrische Maschine des Hybridantriebssystems generatorisch zu betreiben und über die erzeugte elektrische Leistung und das zusätzliche elektrische Antriebssystem dann elektrisch Anfahren zu können.In the case of the vehicle according to the invention, it is now the case that it has a hybrid drive system according to one of the configurations described above. In addition, an electric drive system can be provided, which is designed to be mechanically independent of the hybrid drive system. This makes it possible to reduce the number of gears required and can, for example, start off or reverse in purely electric mode. Together with the hybrid drive system according to the invention in the configuration described above, it is also possible to start off electrically when the battery of such a vehicle is relatively empty, because despite the possible omission of low gears in the hybrid drive system according to the invention described above, the internal combustion engine can be operated for electric start-up , in order to operate the electric machine of the hybrid drive system as a generator and then to be able to start electrically via the generated electric power and the additional electric drive system.

Vorzugsweise kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs dabei vorgesehen sein, dass das Hybridantriebssystem eine Achse des Fahrzeugs treibt, während das elektrische Antriebssystem eine andere Achse des Fahrzeugs treibt, um so beispielsweise zum Anfahren und Rückwärtsfahren im rein elektrischen Betrieb die eine Achse zu nutzen und für den Vortrieb mit dem Hybridantriebssystem die andere Achse zu nutzen. Außerdem können bei Bedarf beide Achsen genutzt werden, um so, beispielsweise bei einer Pkw-Anwendung, ein Allradsystem zu erhalten.According to an advantageous development of the vehicle according to the invention, it can preferably be provided that the hybrid drive system drives one axle of the vehicle while the electric drive system drives another axle of the vehicle, in order to use one axle for starting and reversing in purely electric mode, for example and to use the other axis for propulsion with the hybrid drive system. In addition, both axles can be used if required, in order to obtain an all-wheel drive system, for example in a car application.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems sowie des Fahrzeugs gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous refinements of the hybrid drive system according to the invention and of the vehicle according to the invention also result from the exemplary embodiments which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Hybridantriebssystems gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung nach der Erfindung;
  • 2 eine schematische Ansicht eines Hybridantriebssystems gemäß einer zweiten möglichen Ausgestaltung nach der Erfindung; und
  • 3 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem und einem zusätzlichen elektrischen Antriebssystem.
show:
  • 1 a schematic view of a hybrid drive system according to a first possible embodiment of the invention;
  • 2 a schematic view of a hybrid drive system according to a second possible embodiment of the invention; and
  • 3 a schematically indicated vehicle with such a hybrid drive system and an additional electric drive system.

In der Darstellung der 1 ist eine erste Ausführungsform eines Hybridantriebssystems 1 gezeigt. Dieses umfasst einen angedeuteten Verbrennungsmotor 2 sowie eine elektrische Maschine 3 mit einem Rotor 4 und einem Stator 5. Der Rotor 4 ist drehfest mit einer Rotorwelle gekoppelt, welche ihrerseits drehfest mit einem koaxial zur Rotorwelle und damit zum Rotor 4 angeordneten Rotorrad 6 verbunden ist. Dieses Rotorrad 6, welches auch als Ritzel bezeichnet werden könnte, dient dazu, Drehmoment von der elektrischen Maschine 3 in einen in seiner Gesamtheit mit 7 bezeichnetes Getriebe einzuleiten oder für einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 im umgekehrten Leistungsfluss Drehmoment in die elektrische Maschine 3 zu übertragen.In the representation of 1 a first embodiment of a hybrid drive system 1 is shown. This comprises an indicated internal combustion engine 2 and an electric machine 3 with a rotor 4 and a stator 5. The rotor 4 is coupled in a torque-proof manner to a rotor shaft, which in turn is connected in a torque-proof manner to a rotor wheel 6 arranged coaxially with the rotor shaft and thus with the rotor 4. This rotor wheel 6, which could also be referred to as a pinion, is used to introduce torque from the electric machine 3 into a gearbox designated in its entirety as 7 or for a generator operation of the electric machine 3 in the reverse power flow to introduce torque into the electric machine 3 transfer.

In Richtung des Drehmomentflusses von dem Verbrennungsmotor 2 folgt auf den Verbrennungsmotor 2, drehfest mit seiner Kurbelwelle verbunden, ein Torsionsschwingungsdämpfer 8. Auf den Torsionsschwingungsdämpfer 8 folgt dann eine Trennkupplung K0, deren Abtrieb mit einer Eingangswelle 9 des Getriebes 7 verbunden ist oder diese bildet. Diese Eingangswelle 9 liegt gleichzeitig auf der Hauptdrehachse des Getriebes 7. Entlang dieser Hauptdrehachse folgt auf die Trennkupplung K0 unmittelbar, also ohne weitere zwischengeschaltete Komponenten, koaxial zur Eingangswelle 9 ein Planetenradsatz 10. Dieser Planetenradsatz 10 weist ein erstes Element 11, ein zweites Element 12 sowie ein drittes Element 13 auf. Das erste Element 11 wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Sonnenrad gebildet, das zweite Element 12 durch einen Planetenradträger mit den entsprechenden Planetenrädern und das dritte Element 13 durch ein Hohlrad. Das zweite Element 12, also der Planetenträger, ist drehfest mit einer ersten Teilgetriebeeingangswelle 14 verbunden. Das erste Element 11 des Planetenradsatzes 10, also das Sonnenrad und damit letztlich die Eingangswelle 9 in das Getriebe 7, ist drehfest mit einer zweiten Teilgetriebeeingangswelle 15 verbunden. Auf der ersten Teilgetriebeeingangswelle 14 ist auf dem Planetenradsatz 10 folgend ein Festrad als erstes Zahnrad Z1 angeordnet. Die erste Teilgetriebeeingangswelle 14 ist dabei als Hohlwelle ausgebildet, welche koaxial zu der zweiten Teilgetriebeeingangswelle 15 angeordnet ist und diese über einen Teilabschnitt ihrer axialen Länge konzentrisch umgibt. Das erste Zahnrad Z1 kämmt mit einem zweiten Zahnrad Z2 auf einer Vorgelegewelle 16. Die beiden Zahnräder Z1, Z2 des ersten Stirnradteilgetriebes sind insbesondere als Stirnräder ausgebildet und bilden eine erste Radpaarung RP1. Das zweite Zahnrad Z2 dieser ersten Radpaarung RP1 ist auf der Vorgelegewelle 16 als Losrad ausgebildet und kann über ein erstes Schaltelement S1 bei Bedarf mit der Vorgelegewelle 16 drehfest gekoppelt werden.In the direction of torque flow from the internal combustion engine 2, the internal combustion engine 2 is connected in a torque-proof manner to its crankshaft, followed by a torsional vibration damper 8. The torsional vibration damper 8 is then followed by a separating clutch K0, the output of which is connected to an input shaft 9 of the transmission 7 or forms it. This input shaft 9 is also located on the main axis of rotation of the transmission 7. A planetary gear set 10 follows the separating clutch K0 directly along this main axis of rotation, i.e. without further intermediate components, coaxially to the input shaft 9. This planetary gear set 10 has a first element 11, a second element 12 and a third element 13 on. In the exemplary embodiment shown here, the first element 11 is formed by a sun wheel, the second element 12 by a planet wheel carrier with the corresponding planet wheels and the third element 13 by a ring gear. The second element 12, ie the planetary carrier, is connected to a first partial transmission input shaft 14 in a torque-proof manner. The first element 11 of the planetary gear set 10, that is to say the sun gear and thus ultimately the input shaft 9 in the transmission 7, is connected in a torque-proof manner to a second partial transmission input shaft 15. On the first sub-transmission input shaft 14, a fixed wheel is arranged on the planetary gear set 10 as the first gear wheel Z1. The first sub-transmission input shaft 14 is designed as a hollow shaft, which is arranged coaxially to the second sub-transmission input shaft 15 and surrounds it concentrically over a portion of its axial length. The first gear Z1 meshes with a second gear Z2 on a countershaft 16. The two gears Z1, Z2 of the first spur gear sub-transmission are designed in particular as spur gears and form a first gear pair RP1. The second gear Z2 of this first pair of wheels RP1 is designed as a loose wheel on the countershaft 16 and can be coupled to the countershaft 16 in a rotationally fixed manner via a first shifting element S1 if required.

Das zweite Stirnradteilgetriebe umfasst ein drittes Zahnrad Z3, welches koaxial und drehfest, also als Festrad, auf der zweiten Teilgetriebeeingangswelle 15 angeordnet ist. Es kämmt mit einem vierten Zahnrad Z4 und bildet mit diesem eine Radpaarung RP2 des zweiten Stirnradteilgetriebes aus. Das vierte Zahnrad Z4 dieser zweiten Radpaarung RP2 ist dabei als Losrad ausgebildet und koaxial zu der Vorgelegewelle 16 angeordnet. Über ein zweites Schaltelement S2 kann dieses vierte Zahnrad Z4 bei Bedarf drehfest mit der Vorgelegewelle 16 verbunden werden.The second spur gear sub-transmission includes a third gear Z3, which is arranged coaxially and non-rotatably, ie as a fixed gear, on the second sub-transmission input shaft 15. It meshes with a fourth gear Z4 and forms a gear pair RP2 of the second spur gear part with it. The fourth gear Z4 of this second pair of wheels RP2 is designed as a loose wheel and is arranged coaxially with the countershaft 16 . This fourth gear wheel Z4 can be connected in a rotationally fixed manner to the countershaft 16 via a second shifting element S2, if required.

Die Vorgelegewelle 16 trägt außerdem ein Abtriebsrad 17, welches in axialer Richtung überlappend zu sowohl dem Planetenradsatz 10 als auch der Trennkupplung K0 angeordnet ist. Dies spart insbesondere Bauraum in axialer Richtung entlang der Hauptdrehachse, welche hier mit der Eingangswelle 9 bzw. der zweiten Teilgetriebeeingangswelle 15 zusammenfällt. Das Abtriebsrad 17 treibt ein mit 18 bezeichnetes Zahnrad eines Differentials, welches Leistung z.B. an eine angetriebene Achse 23, beispielsweise eines Fahrzeugs 21 (vgl. jeweils 3), abgibt.The countershaft 16 also carries an output gear 17, which is arranged so that it overlaps both the planetary gear set 10 and the separating clutch K0 in the axial direction. In particular, this saves installation space in the axial direction along the main axis of rotation, which here coincides with the input shaft 9 or the second sub-transmission input shaft 15 . The output gear 17 drives a gear wheel, designated 18, of a differential which transfers power, for example, to a driven axle 23, for example a vehicle 21 (cf. each 3 ), submits.

Die elektrische Maschine 3 ist nun in der Art angekoppelt, dass sie Drehmoment in das Getriebe 7 einleiten kann, indem das Rotorrad 6, welches auch als Ritzel der elektrischen Maschine 3 bezeichnet werden könnte, mit einer entsprechenden Verzahnung des dritten Elements 13 des Planetenradsatzes 10, hier also des Hohlrads, kämmt. Das erste Element 11 und das dritte Element 13 des Planetenradsatzes sind somit also als die Differenzwellen des Planetenradsatzes 10 ausgebildet, das zweite Element, hier also der Planetenradträger 12 mit dem Planeten, dient als Summenwelle. Die beiden Stirnradteilgetriebe erlauben dann über die Schaltelemente S1 und S2 eine Schaltung, welche über Klauenschaltelemente unter Last erfolgen kann, da über die elektrische Maschine 3 die benötigten Drehzahlen ansynchronisiert werden können. Die Schaltelemente S1 und S2 können also als einfache formschlüssige Schaltelemente aufgebaut sein.The electrical machine 3 is now coupled in such a way that it can introduce torque into the transmission 7 by the rotor wheel 6, which could also be referred to as the pinion of the electrical machine 3, with a corresponding toothing of the third element 13 of the planetary gear set 10, so here of the ring gear, meshes. The first element 11 and the third element 13 of the planetary gear set are thus designed as the differential shafts of the planetary gear set 10, the second element, here the planetary gear carrier 12 with the planet, serves as a sum shaft. The two spur gear sub-transmissions then allow shifting via the shifting elements S1 and S2, which can take place via claw shifting elements under load, since the required speeds can be synchronized via the electrical machine 3. The switching elements S1 and S2 can therefore be constructed as simple positive-locking switching elements.

Um die Anzahl der verfügbaren Gänge entsprechend zu erhöhen, ist außerdem ein Verblockungsschaltelement K1 vorgesehen, welches zwischen den beiden Radpaarungen RP1 und RP2 angeordnet ist, und welches in diesem Fall das erste Element 11 und das zweite Element 12 des Planetenradsatzes 10 miteinander verblocken kann. Darüber hinaus ist die zweite Teilgetriebeeingangswelle 15 mit einem Bremsschaltelement B versehen, welches diese zweite Teilgetriebeeingangswelle 15 und damit das erste Element 11 des Planetenradsatzes 10 gegenüber einem Gehäuse 19 des Getriebes 7 festbremsen kann, um so für den Fall des elektrischen Antriebs das Sonnenrad als erstes Element 11 des Planetenradsatzes 10 festzuhalten.In order to increase the number of available gears accordingly, a locking shifting element K1 is also provided, which is arranged between the two wheel pairs RP1 and RP2 and which in this case can lock the first element 11 and the second element 12 of the planetary gear set 10 together. In addition, the second partial transmission input shaft 15 is provided with a brake switching element B, which can brake this second partial transmission input shaft 15 and thus the first element 11 of the planetary gear set 10 in relation to a housing 19 of the transmission 7, so that the sun gear can be used as the first element in the case of an electric drive 11 of the planetary gear set 10 to hold.

Die Gangbildung bei dem in 1 beschriebenen Aufbau des Hybridantriebssystems 1 funktioniert nun im Wesentlichen so, dass bei geschlossenem Verblockungsschaltelement K1 über die beiden Schaltelemente S1 und S2 zwei Gänge gebildet werden können. Bei offenem Verblockungsschaltelement K1 können bei geschlossenem Schaltelement S1 durch einen mehr oder weniger stark bremsenden Betrieb der elektrischen Maschine 3 variable Übersetzungen des Verbrennungsmotors 2 über den Planetenradsatz 10 dargestellt werden. Somit kann in dieser Betriebsart außerdem ein elektrodynamisches Anfahren realisiert werden, bei welchem über den Verbrennungsmotor 2 bei anfangs hoher Drehzahl des dritten Elements 13, an dem die elektrische Maschine 3 angebunden ist, dann über die Bremswirkung der elektrischen Maschine an dem dritten Element 13 des Planetenradsatzes 10 eine zunehmend geringer werdende Drehzahl eingestellt wird, um damit eine zunehmend höhere Drehzahl am zweiten Element 12, also dem Planetenradträger, zu erreichen, welcher dann dementsprechend abtreibt.The gait formation in the in 1 The structure of the hybrid drive system 1 described above functions essentially in such a way that when the blocking shifting element K1 is closed, two gears can be formed via the two shifting elements S1 and S2. When the blocking shift element K1 is open and the shift element S1 is closed, variable transmission ratios of the internal combustion engine 2 can be produced via the planetary gear set 10 by operating the electric machine 3 with more or less severe braking. Electrodynamic starting can thus also be implemented in this operating mode, in which via the internal combustion engine 2 at an initially high speed of the third element 13 to which the electric machine 3 is connected, then via the braking effect of the electric machine on the third element 13 of the planetary gear set 10 an increasingly lower speed is set in order to achieve an increasingly higher speed on the second element 12, ie the planet carrier, which then drives off accordingly.

Ein rein elektrisches Fahren ist bei geschlossenem Verblockungsschaltelement K1 und offener Trennkupplung K0 möglich. Mittels der Schaltelemente S1 und S2 ergeben sich dabei zwei elektrische Gänge, wo insbesondere über das Schaltelement S1 ein elektrischer Anfahrgang realisiert werden kann. Mittels des Bremsschaltelements B kann bei offener Trennkupplung K0, wie oben bereits angedeutet, ein weiterer elektrischer Gang realisiert werden.Purely electric driving is possible when the blocking switching element K1 is closed and the separating clutch K0 is open. The shifting elements S1 and S2 result in two electric gears, where an electric starting gear can be realized in particular via the shifting element S1. By means of the brake switching element B, when the separating clutch K0 is disengaged, a further electrical gear can be realized, as already indicated above.

Wird sowohl die Trennkupplung geschlossen als auch das Verblockungsschaltelement geschlossen, dann kann bei offenem ersten Schaltelement S1 und zweiten Schaltelement S2 mittels des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden, beispielsweise um eine Batterie zu laden oder ein weiteres elektrisches Antriebssystem 22 (vgl. 3) mit Leistung zu versorgen.If both the separating clutch is closed and the blocking switching element is closed, then with the first switching element S1 and the second switching element S2 open, the electric machine can be operated as a generator by means of the internal combustion engine, for example to charge a battery or another electric drive system 22 (cf. 3 ) to provide power.

Der hier beschriebene Aufbau des Hybridantriebssystems 1 erlaubt dabei auch andere Varianten auf Basis der dargestellten Skizze. So könnten beispielsweise anstelle der Planetenräder und des Planetenradträgers als zweites Element 12 des Planetenradsatzes 10 Doppelplaneten zum Einsatz kommen, welche entsprechend mit demselben Planetenradträger verbunden sind, wie es für den Fachmann auf Basis der schematischen Darstellung der 1 leicht ersichtlich ist. Eine weitere Variante könnte es sein, die eine Vorgelegewelle 16 mit dem einen Abtriebsrad 17 durch zwei getrennte Vorgelegewellen mit Abtriebsrädern zu ersetzen, welche beide entsprechend mit dem Zahnrad 18 des Differentials zum Antreiben des Fahrzeugs kämmen. Eine solche Verwendung von zwei Vorgelegewellen würde die axiale Länge des Getriebes 7 entsprechend reduzieren, würde allerdings senkrecht zur axialen Richtung zusätzlichen Bauraum benötigen, was insbesondere den Bauraumbedarf für die elektrische Maschine ebenso erhöht wie die Verluste durch die zusätzliche Vorgelegewelle und die Reibung in ihren Lagern. Dennoch wäre auch ein solcher Aufbau mit der entsprechenden Anordnung von Verbrennungsmotor 2 und Torsionsschwingungsdämpfer 8 und Planetenradsatz 10 im Drehmomentfluss von dem Verbrennungsmotor 2 aus gesehen durchaus denkbar und für bestimmte Einsätze auch sinnvoll.The structure of the hybrid drive system 1 described here also allows other variants based on the sketch shown. For example, instead of the planetary gears and the planetary gear carrier as the second element 12 of the planetary gearset 10, double planetary gears could be used, which are correspondingly connected to the same planetary gear carrier, as is apparent to those skilled in the art based on the schematic representation of FIG 1 is easily apparent. A further variant could be to replace the one countershaft 16 with one output gear 17 by two separate countershafts with output gears, both of which respectively mesh with the gear 18 of the differential for driving the vehicle. Such use of two countershafts would reduce the axial length of the transmission 7 accordingly, but would require additional installation space perpendicular to the axial direction, which in particular increases the installation space required for the electric machine as well as the losses due to the additional countershaft and the friction in its bearings. Nevertheless, such a structure with the corresponding arrangement of internal combustion engine 2 and torsional vibration damper 8 and planetary gear set 10 in the torque flow from internal combustion engine 2 would also be quite conceivable and would also make sense for certain applications.

Die elektrische Maschine 3 bzw. das Rotorrad 6 ließen sich selbstverständlich auch über Getriebeelemente wie eine Stirnradstufe, eine Kette, einen Riemen oder dergleichen anbinden. Im Prinzip wäre auch eine koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine denkbar, bei welcher dann die Trennkupplung K0 und der Planetenradsatz 10 in den Rotor 5 der elektrischen Maschine 3 integriert werden könnten. Die Trennkupplung K0 ließe sich dann jedoch nicht mehr auf Höhe des Abtriebsrads 17 anordnen, was konstruktiv unter Umständen jedoch zu akzeptieren wäre.The electrical machine 3 or the rotor wheel 6 could of course also be connected via transmission elements such as a spur gear stage, a chain, a belt or the like. In principle, a coaxial arrangement of the electrical machine would also be conceivable, in which case the separating clutch K0 and the planetary gearset 10 could then be integrated into the rotor 5 of the electrical machine 3 . However, the separating clutch K0 could then no longer be arranged at the level of the output gear 17, which, however, might be acceptable from a structural point of view.

In der hier dargestellten Ausführungsvariante des Hybridantriebssystems 1 ist dabei standardmäßig kein Rückwärtsgang vorgesehen. Dieser ließe sich allerdings bei Bedarf integrieren. Hierzu wäre ergänzend oder anstelle einer der Radpaarungen RP1 oder RP2 eine Rückwärtsgangstirnradebene notwendig, welche vorzugsweise mit Anbindung an die Summenwelle des Planetenradsatzes 10 eingesetzt werden würde. Danach müsste dann eine Vorwärtsgangebene auf der Summenwelle verfügbar sein, sodass bevorzugt eine zusätzliche Radebene für die Rückwärtsgangstirnradebene entsteht, welche vorzugsweise mit einem Zahnrad auf der ersten Teilgetriebeeingangswelle 14, einem Zwischenrad und einem weiteren Zahnrad als Losrad auf der Vorgelegewelle 16 realisiert werden würde.In the embodiment variant of the hybrid drive system 1 shown here, no reverse gear is provided by default. However, this could be integrated if required. In addition to or instead of one of the gear pairs RP1 or RP2, a reverse gear spur gear plane would be necessary for this purpose, which would preferably be used with a connection to the sum shaft of the planetary gear set 10 . After that, a forward gear level would have to be available on the sum shaft, so that an additional gear level for the reverse gear spur gear level is preferably created, which would preferably be realized with a gear wheel on the first partial transmission input shaft 14, an intermediate gear wheel and another gear wheel as a loose wheel on the countershaft 16.

In der Darstellung der 2 ist eine alternative Ausführungsform des Hybridantriebssystems 1 gezeigt. Der wesentliche Unterschied besteht nun darin, dass der Planetenradsatz 10 nicht mehr motornah, also zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 7, sondern motorfern, also auf der dem Verbrennungsmotor 2 abgewandten Seite des Getriebes 7, entsprechend angeordnet ist. Die Variante des Hybridantriebssystems 1 in der 2 verzichtet außerdem auf das Bremsschaltelement B, welches in der Darstellung der 1 zu erkennen war. Hierdurch wird zusätzlich Bauraum in axialer Richtung eingespart. Ansonsten sind hier dieselben Elemente vorhanden wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und sind in der Darstellung der 2 mit den jeweils selben Bezugszeichen versehen. Der Aufbau erlaubt es nun, das erste Schaltelement S1 in Richtung des zweiten Schaltelements S2 zu verschieben, um so den für das Verblockungsschaltelement K1 ohnehin benötigten axialen Bauraum für diese beiden Schaltelemente S1 und S2 mit zu nutzen. Dabei wäre hier auch die Ausgestaltung als Doppelschiebemuffe mit einem einzigen Aktuator denkbar, was wiederum Bauraum, Kosten und Montageaufwand einspart.In the representation of 2 an alternative embodiment of the hybrid drive system 1 is shown. The main difference is that the planetary gear set 10 is no longer close to the engine, ie between the internal combustion engine 2 and the transmission 7, but rather remote from the engine, ie on the side of the transmission 7 facing away from the internal combustion engine 2. The variant of the hybrid drive system 1 in the 2 also dispensed with the brake switching element B, which is shown in the illustration 1 was recognizable. This saves additional installation space in the axial direction. Otherwise, the same elements are present here as in the embodiment described above and are in the representation of 2 provided with the same reference numerals. The structure now makes it possible to move the first shifting element S1 in the direction of the second shifting element S2 in order to use the axial installation space required anyway for the blocking shifting element K1 for these two shifting elements S1 and S2. The design as a double sliding sleeve with a single actuator would also be conceivable here, which in turn saves installation space, costs and assembly work.

Das Rotorrad 6 kämmt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dann über ein mit 20 bezeichnetes Zahnrad mit dem dritten Element 13 des Planetenradsatzes 10, welches hier nicht mehr das Hohlrad sondern die Sonne ist. Das zweite Element 12 des Planetenradsatzes 10 ist wiederum der Planetenradträger 12, welcher in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um das Hohlrad herumgeführt ist. Dieses Hohlrad bildet nun das erste Element 11 des Planetenradsatzes 10 und ist drehfest mit der zweiten Teilgetriebeeingangswelle 15 und damit der Eingangswelle 9 des Getriebes 7 entsprechend verbunden. Damit sind also die Differenzwellen des Planetenradsatzes 10 gegenüber dem Aufbau aus 1 vertauscht, die Summenwelle bleibt weiterhin beim zweiten Element 12, hier also dem Planetenradträger.In the exemplary embodiment shown here, the rotor wheel 6 then meshes with the third element 13 of the planetary gear set 10 via a gear wheel designated 20, which element is no longer the ring gear here but the sun. The second element 12 of the planetary gear set 10 is in turn the planetary gear carrier 12, which is guided around the ring gear in the exemplary embodiment shown here. This ring gear now forms the first element 11 of the planetary gear set 10 and is rotatably connected to the second partial transmission input shaft 15 and thus the input shaft 9 of the transmission 7 accordingly. Thus, the differential shafts of the planetary gear set 10 are off compared to the structure 1 interchanged, the sum shaft remains with the second element 12, so here the planet carrier.

Die Gangbildung erfolgt auch hier vergleichbar wie bei dem Aufbau des Hybridantriebssystems 1 gemäß 2 mit dem einzigen Unterschied, dass in dieser Variante des Hybridantriebssystems 1 gemäß 2 die mit dem Bremsschaltelement B verbundenen Gänge hier aufgrund des Fehlens dieses Bremsschaltelements B eben nicht möglich sind.Here, too, the gear formation is comparable to that in the construction of the hybrid drive system 1 according to FIG 2 with the only difference that in this variant of the hybrid drive system 1 according 2 connected to the brake switching element B NEN gears are just not possible here due to the lack of this brake switching element B.

Auch bei der Ausführungsvariante des Hybridantriebssystems 1 in der Darstellung gemäß 2 lassen sich die oben bei der Ausführung gemäß 1 bereits beschriebenen Optionen wie eine zweite Vorgelegewelle, die Ausgestaltung des Planetenradsatzes mit Doppelplaneten und dergleichen realisieren. Ferner könnte außerdem auch hier über ein Bremsschaltelement als optionale Weiterbildung des in 2 gezeigten Aufbaus das erste Element 11 des Planetenradsatzes 10, hier also das Hohlrad, entsprechend festgebremst werden, indem dieses beispielsweise mit dem Gehäuse 19 des Getriebes 7 verbunden wird. Hierdurch würde dann auch die oben beschriebene Variante der Gänge, welche das Bremsschaltelement B benötigen, möglich.Also in the embodiment variant of the hybrid drive system 1 in the representation according to FIG 2 can be used in accordance with the above in the execution 1 already described options such as a second countershaft, the configuration of the planetary gear set with double planets and the like. Furthermore, a brake switching element could also be used here as an optional further development of the in 2 Structure shown, the first element 11 of the planetary gear set 10, so here the ring gear, are braked accordingly by this being connected to the housing 19 of the transmission 7, for example. As a result, the variant of the gears described above, which require the brake switching element B, would then also be possible.

Das Hybridantriebssystem 1 lässt sich nun insbesondere zum Antreiben eines in 3 dargestellten Kraftfahrzeugs 21 verwenden. Der einfache und bezüglich der benötigen Bauteile reduzierte Aufbau des Hybridantriebssystems 1 macht dabei vor allem in Kombination mit einem zusätzlichen rein elektrischen Antriebsystem 22 Sinn, welcher zum Beispiel einen Rückwärtsgang ausbilden und/oder das Anfahren realisieren oder ergänzend zum Hybridantriebssystem 1 unterstützen kann. Insbesondere können das Hybridantriebssystem 1 und das elektrische Antriebssystem 22 dabei so angeordnet sein, dass das eine, hier z.B. das Hybridantriebssystem 1, eine erste angetriebene Achse, z.B. die Vorderachs 23, des Fahrzeugs 22 treibt und das elektrische Antriebssystem 22 eine andere angetriebene Achse, hier die Hinterachse 24. Eine über den Doppelpfeil 25 angedeutete Kopplung der beiden Systeme 1, 22 erfolgt dann reine elektrisch über eine nicht dargestellte Antriebsteuerung sowie ein ebenfalls nicht dargestelltes Batteriesystem.The hybrid drive system 1 can now be used in particular to drive an in 3 Motor vehicle 21 shown use. The simple design of the hybrid drive system 1, which has fewer components required, makes sense above all in combination with an additional purely electric drive system 22, which can, for example, form a reverse gear and/or implement starting or can support it in addition to the hybrid drive system 1. In particular, hybrid drive system 1 and electric drive system 22 can be arranged in such a way that one, here e.g. hybrid drive system 1, drives a first driven axle, e.g. front axle 23, of vehicle 22 and electric drive system 22 drives another driven axle, here the rear axle 24. A coupling of the two systems 1, 22, indicated by the double arrow 25, then takes place purely electrically via a drive controller (not shown) and a battery system (also not shown).

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018222023 A1 [0002]DE 102018222023 A1 [0002]
  • WO 2010/094389 A1 [0003]WO 2010/094389 A1 [0003]

Claims (13)

Hybridantriebssystem (1), welches einen Verbrennungsmotor (2) mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine (3) mit einem Stator (5) und einem Rotor (4) und einem drehfest mit dem Rotor (4) verbundenen Rotorrad (6), ein Getriebe (7) mit einer um eine Hauptdrehachse drehbaren Eingangswelle (9), mit einem koaxial zu der Hauptdrehachse angeordneten dreiwelligen Planetenradsatz (10), welcher ein erstes Element (11), ein zweites Element (12) und ein drittes Element (13) aufweist, mit einem ersten Stirnradteilgetriebe, welches eine koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnete erste Teilgetriebeeingangswelle (14) aufweist, mit einem zweiten Stirnradteilgetriebe, welches eine koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnete zweite Teilgetriebeeingangswelle (15) aufweist, und mit wenigstens einer Vorgelegewelle (16), die parallel zu der Hauptdrehachse angeordnet ist, umfasst, wobei die Eingangswelle (9) drehfest mit dem ersten Element (11) des Planetenradsatzes (10) verbunden ist, wobei die Kurbelwelle koaxial zu der Eingangswelle (9) angeordnet und mittels einer Trennkupplung (K0) sowie einem Torsionsschwingungsdämpfer (8) drehmomentübertragend mit der Eingangswelle (9) verbindbar ist, wobei die erste Teilgetriebeeingangswelle (14) drehfest mit dem zweiten Element (12) des Planetenradsatzes (10) verbunden ist, wobei die zweite Teilgetriebeeingangswelle (15) drehfest mit dem ersten Element (11) des Planetenradsatzes (10) verbunden ist, wobei das Rotorrad (6) derart an das dritte Element (13) des Planetenradsatzes (10) angebunden ist, dass Drehmomente zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Getriebe (7) über das dritte Element (13) ausgetauscht werden können, wobei eine erste Radpaarung (RP1) des ersten Stirnradteilgetriebes ein koaxial zu der ersten Teilgetriebeeingangswelle (14) angeordnetes erstes Zahnrad (Z1) sowie ein koaxial zu der wenigstens einen Vorgelegewelle (16) angeordnetes zweites Zahnrad (Z2) aufweist, und wobei eine zweite Radpaarung (RP2) des zweiten Stirnradteilgetriebes ein koaxial zu der zweiten Teilgetriebeeingangswelle (15) angeordnetes drittes Zahnrad (Z3) sowie ein koaxial zu der wenigstens einen Vorgelegewelle (16) angeordnetes viertes Zahnrad (Z4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung eines von dem Verbrennungsmotor (2) ausgehenden Drehmomentflusses der Verbrennungsmotor (2), der Torsionsschwingungsdämpfer (8), die Trennkupplung (K0) und der Planetenradsatz (10) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.Hybrid drive system (1), which has an internal combustion engine (2) with a crankshaft, an electric machine (3) with a stator (5) and a rotor (4) and a rotor wheel (6) non-rotatably connected to the rotor (4), a transmission (7) with an input shaft (9) rotatable about a main axis of rotation, with a three-shaft planetary gear set (10) arranged coaxially to the main axis of rotation and having a first element (11), a second element (12) and a third element (13), with a first spur gear sub-transmission, which has a first sub-transmission input shaft (14) arranged coaxially to the main axis of rotation, with a second spur gear sub-transmission, which has a second sub-transmission input shaft (15) arranged coaxially with respect to the main axis of rotation, and with at least one countershaft (16) running parallel to the main axis of rotation is arranged, comprises, wherein the input shaft (9) is non-rotatably connected to the first element (11) of the planetary gear set (10), wherein the crankshaft e is arranged coaxially to the input shaft (9) and can be connected to the input shaft (9) in a torque-transmitting manner by means of a separating clutch (K0) and a torsional vibration damper (8), the first partial transmission input shaft (14) being non-rotatably connected to the second element (12) of the planetary gear set ( 10) is connected, the second partial transmission input shaft (15) being non-rotatably connected to the first element (11) of the planetary gear set (10), the rotor wheel (6) being connected to the third element (13) of the planetary gear set (10) in such a way, that torques can be exchanged between the electrical machine (3) and the transmission (7) via the third element (13), with a first gear pair (RP1) of the first spur gear sub-transmission having a first gear wheel (Z1 ) and a second gear wheel (Z2) arranged coaxially to the at least one countershaft (16), and wherein a second pair of wheels (RP2) of the second spur gear sub-transmission has a third gear wheel (Z3) arranged coaxially with the second sub-transmission input shaft (15) and a fourth gear wheel (Z4) arranged coaxially with the at least one countershaft (16), characterized in that in the direction of a torque flow emanating from the internal combustion engine (2). the internal combustion engine (2), the torsional vibration damper (8), the separating clutch (K0) and the planetary gear set (10) are arranged one after the other in the order mentioned. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verblockungsschaltelement (K1) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz (10) zu verblocken.Hybrid drive system (1) after claim 1 , characterized in that a blocking switching element (K1) is provided, which is designed to block the planetary gear set (10). Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verblockungsschaltelement (K1) in Richtung der Hauptdrehachse gesehen zwischen der ersten Radpaarung (RP1) und der zweiten Radpaarung (RP2) angeordnet.Hybrid drive system (1) after claim 2 , characterized in that the blocking switching element (K1) viewed in the direction of the main axis of rotation between the first pair of wheels (RP1) and the second pair of wheels (RP2). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehfest mit der wenigstens einen Vorgelegewelle (16) verbundenes Abtriebsrad (17) axial überlappend mit der Trennkupplung (K0) und/oder dem Planetenradsatz (10) angeordnet ist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 , 2 or 3 , characterized in that a driven gear (17) connected in a torque-proof manner to the at least one countershaft (16) is arranged so as to overlap axially with the separating clutch (K0) and/or the planetary gear set (10). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsschaltelement (B) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, das erste Element (11) des Planetenradsatzes (10) drehfest mit einem Gehäuse (19) des Getriebes (7) zu verbinden.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that a brake switching element (B) is provided, which is designed to the first element (11) of the planetary gear set (10) non-rotatably to a housing (19) of the transmission (7) to connect. Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen sowohl der Planetenradsatz (10) als auch die erste Radpaarung (RP1), als auch das Verblockungsschaltelement (K1), als auch die zweite Radpaarung (RP2) zwischen dem Bremsschaltelement (B) und der Trennkupplung (K0) angeordnet sind.Hybrid drive system (1) according to one of claims 2 until 5 , characterized in that viewed in the direction of the main axis of rotation, both the planetary gear set (10) and the first pair of wheels (RP1), as well as the locking shifting element (K1), and the second pair of wheels (RP2) between the brake shifting element (B) and the separating clutch (K0) are arranged. Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen die erste Radpaarung (RP1) benachbart zu dem Planetenradsatz (10) angeordnet und zur Bildung eines Getriebeganges ausgebildet ist, der von allen Getriebegängen die größte Übersetzung aufweist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that viewed in the direction of the main axis of rotation, the first pair of wheels (RP1) is arranged adjacent to the planetary gear set (10) and is designed to form a gear which has the greatest translation of all gears. Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorrad (6) axial überlappend zu der Trennkupplung (K0) angeordnet ist, und dass der Planetenradsatz (10) axial zwischen der Trennkupplung (K0) und den beiden Radpaarungen (RP1, RP2) angeordnet ist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 7 . characterized in that the rotor wheel (6) is arranged so that it overlaps axially with the separating clutch (K0), and in that the planetary gear set (10) is arranged axially between the separating clutch (K0) and the two wheel pairs (RP1, RP2). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen die Trennkupplung (K0), die Radpaarungen (RP1, RP2) und der Planetenradsatz (10) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that viewed in the direction of the main axis of rotation, the separating clutch (K0), the wheel pairs (RP1, RP2) and the planetary gear set (10) are arranged one after the other in the order mentioned. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen ein erstes Schaltelement (S1) für die erste Radpaarung (RP1) sowie ein zweites Schaltelement (S2) für die zweite Radpaarung (RP2) zwischen den Radpaarungen (RP1, RP2) angeordnet sind.Hybrid drive system (1) after claim 9 , characterized in that viewed in the direction of the main axis of rotation, a first switching element (S1) for the first pair of wheels (RP1) and a two tes switching element (S2) for the second wheel pair (RP2) between the wheel pairs (RP1, RP2) are arranged. Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (11) und das dritte Element (13) des Planetenradsatzes (10) als Differenzwellen ausgebildet sind, wobei das zweite Element (12) des Planetenradsatzes (10) als Summenwelle des Planetenradsatzes (10) ausgebildet ist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the first element (11) and the third element (13) of the planetary gear set (10) are designed as differential shafts, the second element (12) of the planetary gear set (10) being designed as a sum shaft of the planetary gear set (10). Fahrzeug (21) mit einem Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einem zusätzlichen elektrischen Antriebsystem (22).Vehicle (21) with a hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 11 and an additional electric propulsion system (22). Fahrzeug (21) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über das Hybridantriebssystem (1) eine erste Fahrzeugachse (23) und über das elektrische Antriebssystem (22) eine weitere Fahrzeugachse (24) angetrieben ist.Vehicle (21) after claim 12 , characterized in that a first vehicle axle (23) is driven via the hybrid drive system (1) and a further vehicle axle (24) is driven via the electric drive system (22).
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