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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse für ein zweispuriges Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Fahrzeugachse gemäß Anspruch 14.
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Eine solche Fahrzeugachse weist ein Antriebsaggregat mit einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine, einem Gangschaltgetriebe sowie einem Achsdifferential für eine Ausgleichswirkung zwischen den, zu den Fahrzeugrädern führenden Achswellen auf.
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Üblicherweise sind in der Fahrzeugachse die Brennkraftmaschine, die Elektromaschine und das Gangschaltgetriebe in der Momentenfließrichtung eines Brennkraftmaschinen-Antriebsmoments in Reihenschaltung wie folgt positioniert: Die Brennkraftmaschine ist unmittelbar mit der Elektromaschine trieblich verbunden. Diese ist über das Gangschaltgetriebe mit dem Achsdifferential trieblich verbunden. In diesem Fall ist also die Elektromaschine in der Momentenfließrichtung vor dem Gangschaltgetriebe positioniert. Bei dieser Fahrzeugachse ist ein Standladebetrieb wie folgt realisierbar: So wird das Gangschaltgetriebe auf eine nicht momentenübertragende Leerlaufstufe geschaltet, bei der die Antriebsverbindung zwischen der Elektromaschine und den, zu den Fahrzeugrädern führenden Achswellen entkoppelt ist. Zudem erzeugt die Brennkraftmaschine ein Standlade-Moment, mit dem Elektromaschine antreibbar ist.
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Im Gegensatz zur oben skizzierten Fahrzeugachse weist eine gattungsgemäße Fahrzeugachse aus baulichen Gegebenheiten den folgenden Aufbau auf: So ist das Gangschaltgetriebe in der Momentenfließrichtung nicht vor, sondern vielmehr nach dem Gangschaltgetriebe angeordnet. Zudem ist in der gattungsgemäßen Fahrzeugachse die Brennkraftmaschine in der Momentenfließrichtung unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung der Elektromaschine, mit dem Gangschaltgetriebe trieblich verbunden.
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In der gattungsgemäßen Fahrzeugachse ist aus folgendem Grund kein Standladebetrieb realisierbar: Um einen Fahrzeug-Stillstand zu ermöglichen, muss das Gangschaltgetriebe in eine Leerlaufstufe geschaltet sein. In der Leerlaufstufe besteht jedoch keine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine, so dass auch kein Standlademoment übertragbar ist.
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Aus der
DE 10 2013 204 506 A1 ist ein Hybridfahrzeug bekannt. Aus der
WO 2012/146416 A1 ist eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugachse bereitzustellen, bei der in konstruktiv einfacher Weise ein Standladebetrieb realisierbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 14 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse, bei der die Brennkraftmaschine in der Momentenfließrichtung unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung der Elektromaschine, mit dem Gangschaltgetriebe trieblich verbunden ist. Zudem ist die Elektromaschine in der Momentenfließrichtung nach dem Gangschaltgetriebe angeordnet. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist zur Bereitstellung des Standladebetriebs im Fahrzeugstillstand eine der Achswellen aufgeteilt in einen radseitigen Wellenabschnitt und in einen achsseitigen Wellenabschnitt. Die beiden Wellenabschnitte sind über eine Trennkupplung miteinander koppelbar.
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Erfindungsgemäß wird der Standladebetrieb wie folgt realisiert: So ist im Standladebetrieb die Trennkupplung geöffnet, damit die Ausgleichswirkung des Differentials zwischen den beiden Achswellen deaktiviert ist. Entsprechend sind die Achswellen vom Antriebsaggregat trieblich entkoppelt. Zudem ist das Gangschaltgetriebe in eine momentenübertragenden Fahrstufe geschaltet, um eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine herzustellen, so dass ein Standlademoment von der Brennkraftmaschine zur Elektromaschine übertragen werden kann.
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In einer ersten Ausführungsform kann die Elektromaschine in der Momentenfließrichtung in Reihenschaltung zwischen dem Gangschaltgetriebe und dem Achsdifferential angeordnet sein. Die Elektromaschine kann unmittelbar, das heißt ohne zwischengeschalteter Trennkupplung, an einem Anschluss (zum Beispiel einem eingangsseitigen Zahnrad) des Achsdifferentials trieblich angebunden sein. Im Standladebetrieb wird daher ein Lastpfad gebildet, bei dem ein Standlademoment von der Brennkraftmaschine über das momentenübertragend geschaltete Gangschaltgetriebe zur Elektromaschine geführt wird.
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In einem zweiten Ausführungsform ist, in der Momentenfließrichtung betrachtet, das Gangschaltgetriebe unmittelbar, das heißt ohne zwischengeschalteter Elektromaschine, mit dem Achsdifferential trieblich verbunden, und zwar insbesondere an einem ersten Anschluss des Achsdifferentials, das heißt einem eingangsseitigen Zahnrad, das am Ausgleichsgehäuses des Achsdifferentials ausgebildet ist.
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Die Elektromaschine kann separat vom Gangschaltgetriebe an einem zweiten Anschluss des Achsdifferentials trieblich angebunden sein. Die zu den Fahrzeugrädern führenden Achswellen können an dritten und vierten Anschlüssen des Achsdifferentials trieblich angebunden sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Achsdifferential mit seinen ersten bis vierten Anschlüssen nach Art eines herkömmlichen Allraddifferentials ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird eine aus Packagegründen bevorzugte Ausführungsvariante der Fahrzeugachse beschrieben: Demnach kann die Brennkraftmaschine und das Gangschaltgetriebe im Quereinbau sowie in der Fahrtrichtung vor den Achswellen positioniert sein. Im Unterschied dazu kann die Elektromaschine in der Fahrtrichtung hinter den Achswellen positioniert sein. Die Elektromaschine kann dabei bevorzugt nicht im Quereinbau, sondern im Längseinbau mit in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteter Elektromaschinenwelle im Antriebsaggregat verbaut sein.
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Bei der im Längseinbau verbauten Elektromaschine kann der Differential-Anschluss über einen Winkeltrieb konstruktiv einfach realisiert sein.
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Das in der Fahrzeugachse verbaute Achsdifferential kann in gängiger Praxis ein Ausgleichsgehäuse aufweisen, in dem Ausgleichsräder sowie damit zusammenwirkende Achsräder angeordnet sind, die auf den Achswellen sitzen. Das Ausgleichsgehäuse kann außenseitig ein eingangsseitiges Zahnrad aufweisen, das in trieblicher Verbindung mit der Elektromaschine oder mit dem Gangschaltgetriebe bringbar ist.
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Bei einer Ausgestaltung des Achsdifferentials als Allraddifferential kann das Ausgleichsgehäuse zum eingangsseitigen Zahnrad zusätzlich eine Differentialverzahnung aufweisen, die zusammen mit einem auf der Elektromaschinenwelle sitzenden Kegelrad den Winkeltrieb bildet.
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Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Fahrzeugachse mit Antriebsaggregat gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Fahrzeugachse mit Antriebsaggregat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 3 in einer Detailansicht die Getriebestruktur eines in der 2 eingesetzten Achsdifferentials.
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In 1 ist eine Fahrzeugachse für ein zweispuriges Hybridfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Fahrzeugachse weist ein Antriebsaggregat auf, das aus einer Brennkraftmaschine 1, einem Gangschaltgetriebe 3 (zum Beispiel ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein Automatikgetriebe), einer Elektromaschine 5 und einem Achsdifferential 7 aufgebaut ist. Das Achsdifferential 7 bewirkt einen Drehzahlausgleich zwischen den, zu den Fahrzeugrädern 9 führenden Achswellen 11.
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In der 1 sind die Brennkraftmaschine 1, das Gangschaltgetriebe 3 sowie die Elektromaschine 5 im Längseinbau sowie in der Fahrtrichtung FR hinter den Achswellen 11 positioniert.
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Das Achsdifferential 7 ist in der 1 als ein Kegelraddifferential mit einem Ausgleichsgehäuse 13 realisiert. In dessen Gehäuseinneren sind zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder 15 drehgelagert. Zudem sind im Ausgleichsgehäuse 13 zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Achswellenkegelräder 17 angeordnet. Diese sind rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern 15 positioniert und mit den beiden Ausgleichskegelrädern 15 in Zahneingriff. Jedes der beiden Achskegelräder 17 sitzt auf einer Achswelle 11, die an einem Nabenabschnitt 19 des Ausgleichsgehäuses 13 nach gehäuseaußen zum Fahrzeugrad 9 geführt ist.
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In der 1 ist eine der beiden Achswellen 11 aufgeteilt in einen radseitigen Wellenabschnitt 21 und in einen achsseitigen Wellenabschnitt 23. Die beiden Wellenabschnitte 21, 23 sind über eine Trennkupplung 25 miteinander koppelbar. Die Trennkupplung 25 weist auf jedem Wellenabschnitt 21, 23 einen Kupplungskörper 26 auf. Die beiden Kupplungskörper 26 können mittels einer verstellbaren Schaltmuffe 27 miteinander gekoppelt werden oder voneinander entkoppelt werden. Die Schaltmuffe 27 ist über einen Aktor 29 betätigbar. Dieser ist in der 1 unter Zwischenlage eines zweiarmigen Hebelarms in Wirkverbindung mit der Schaltmuffe 27. Der zweiarmige Hebelarm ist nach Art einer Wippe gelagert.
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In der 1 ist in einer Momentenfließrichtung M eines Brennkraftmaschinen-Antriebsmoments die Brennkraftmaschine 1 unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung der Elektromaschine 5, mit dem Gangschaltgetriebe 3 trieblich verbunden. Die Elektromaschine 5 ist in der 1 in der Momentenfließrichtung M in Reihenschaltung zwischen dem Gangschaltgetriebe 3 und dem Achsdifferential 7 angeordnet. Sowohl die Brennkraftmaschine 1 als auch das Gangschaltgetriebe 3 sowie die Elektromaschine 5 sind im Längseinbau positioniert. Zudem ist die Elektromaschine 5 mit ihrer in Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichteter Elektromaschinenwelle 31 über einen Winkeltrieb 33 trieblich an das Achsdifferential 7 angebunden. In der 1 ist der Winkeltrieb 33 realisiert durch ein auf der Elektromaschinenwelle 31 sitzendes Kegelrad 35 und einer damit kämmenden eingangsseitigen Zahnrad 36, das außenseitig am Ausgleichsgehäuse 13 des Achsdifferentials 7 ausgebildet ist.
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In der 1 ist der Aktor 29 stromlos geschaltet. In diesem Fall befindet sich die Trennkupplung 25 im geschlossenen Zustand, bei dem die Schaltmuffe 27 über eine Vorspannfeder 39 in die Geschlossen-Stellung vorgespannt ist.
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Für einen Standladebetrieb wird der Aktor 29 aktiviert, um die Trennkupplung 25 zu öffnen. Auf diese Weise wird die Ausgleichswirkung des Achsdifferentials 7 deaktiviert und werden die Achswellen 11 vom Antriebsaggregat trieblich entkoppelt. Zudem wird das Gangschaltgetriebe 3 in eine momentenübertragende Fahrstufe geschaltet, um eine Antriebsverbindung zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der Elektromaschine 5 herzustellen, so dass ein Standlade-Moment von der Brennkraftmaschine über das Getriebe zur Elektromaschine 5 übertragbar ist.
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In der 2 ist die Fahrzeugachse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Demzufolge sind die Brennkraftmaschine 1 und das Gangschaltgetriebe 3 nicht mehr im Längseinbau, sondern im Quereinbau positioniert und in der Fahrtrichtung FR vor den Achswellen 11 angeordnet.
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Demgegenüber ist die Elektromaschine 5 in der Fahrtrichtung FR hinter den Achswellen 11 positioniert. Die Elektromaschine 5 ist im Gegensatz zu dem Gangschaltgetriebe 3 und zur Brennkraftmaschine 1 nicht im Quereinbau, sondern im Längseinbau in der Fahrzeugachse verbaut. Entsprechend ist die Elektromaschinenwelle 31 in der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet.
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Im Unterschied zur 1 ist in der 2 das Achsdifferential 7 nach Art eines Allraddifferentials mit insgesamt vier Anschlüssen 41, 43, 45, 47 realisiert. An einem ersten Anschluss 41 des Achsdifferentials 7 ist das Gangschaltgetriebe 3 trieblich angebunden. An einem zweiten Anschluss 43 des Achsdifferentials 7 ist, separat vom Gangschaltgetriebe 3, die Elektromaschine 5 trieblich angebunden. An einem dritten Anschluss 45 und einem vierten Anschluss 47 sind die beiden, zu den Fahrzeugrädern 9 führenden Achswellen 11 trieblich angebunden.
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Analog zum ersten Ausführungsbeispiel ist auch in der 2 eine der beiden Achswellen 11 zweiteilig mit einem achsseitigen Wellenabschnitt 21 und einem radseitigen Wellenabschnitt 23 ausgebildet, die über eine Trennkupplung 25 miteinander koppelbar oder voneinander entkoppelbar sind.
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Der Standladebetrieb erfolgt wie anhand der 1 beschrieben.
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In der 3 ist beispielhaft eine Getriebestruktur des in der 2 verbauten Allraddifferentials 7 gezeigt. Das Allraddifferential 7 ist, wie auch in der 1, als ein Kegelraddifferential realisiert, bei dem zusätzlich zum eingangsseitigen Zahnrad 36 eine Differential-Verzahnung 49 am Ausgleichsgehäuse 13 ausgebildet ist. Die Differential-Verzahnung 49 bildet zusammen mit einem auf der Elektromaschinenwelle 31 sitzenden Kegelrad 35 den Winkeltrieb 33.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 3
- Gangschaltgetriebe
- 5
- Elektromaschine
- 7
- Achsdifferential
- 9
- Fahrzeugräder
- 11
- Achswellen
- 13
- Ausgleichsgehäuse
- 15
- Ausgleichsräder
- 17
- Achsräder
- 19
- Nabenabschnitt
- 21
- achsseitiger Wellenabschnitt
- 23
- radseitiger Wellenabschnitt
- 25
- Trennkupplung
- 27
- Schaltmuffe
- 29
- Aktor
- 31
- Elektromaschinenwelle
- 33
- Winkeltrieb
- 35
- Kegelrad
- 36
- eingangsseitiges Zahnrad
- 37
- Differentialverzahnung
- 39
- Vorspannfeder
- 41
- erster Differential-Anschluss
- 43
- zweiter Differential-Anschluss
- 45
- dritter Differential-Anschluss
- 47
- vierter Differential-Anschluss
- 49
- Differentialverzahnung
- FR
- Fahrtrichtung
- M
- Momentenfließrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204506 A1 [0006]
- WO 2012/146416 A1 [0006]
