DE102021102187A1 - Nebengetriebeabschnitt zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat, Hybridgetriebe mit dem Nebengetriebeabschnitt sowie Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe - Google Patents

Nebengetriebeabschnitt zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat, Hybridgetriebe mit dem Nebengetriebeabschnitt sowie Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe Download PDF

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Abstract

Fahrzeuge weisen neben dem Antriebsstrang weitere Nebenaggregate auf, welche beispielsweise Fahrfunktionen oder Komfortfunktionen unterstützen.Es wird ein Nebengetriebeabschnitt 1 zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat 5 in einem Fahrzeug 10 vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug 10 mindestens einen Elektromotor 11 und einen Verbrennungsmotor 12 aufweist, mit einer ersten Eingangsschnittstelle 2 zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Elektromotoreneingangswelle 13 des Fahrzeugs 10, mit einer zweiten Eingangsschnittstelle 3 zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Abtriebswelle 14 des Fahrzeugs 10, mit einer Ausgangsschnittstelle 4 zur Etablierung einer Wirkverbindung mit dem mindestens einen Nebenaggregat 5, wobei ein erster Momentenpfad M1 zwischen der ersten Eingangsschnittstelle 2 und der Ausgangsschnittstelle 4 und ein zweiter Momentenpfad M2 zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle 3 und der Ausgangsschnittstelle 4 vorgesehen sind, wobei in dem ersten Momentenpfad M1 eine erste Trenneinrichtung 7 und in dem zweiten Momentenpfad M2 eine zweite Trenneinrichtung 8 zum Öffnen des jeweiligen Momentenpfads M1,M2 angeordnet ist, wobei in dem ersten Momentpfad M1 ergänzend eine Fliehkraftkupplung 6 angeordnet ist, um den ersten Momentenpfad M1 ab dem Erreichen einer vorgebbaren Grenzdrehzahl zu öffnen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Nebengetriebeabschnitt mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hybridgetriebe mit dem Nebengetriebeabschnitt sowie ein Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe.
  • Fahrzeuge weisen neben dem Antriebsstrang weitere Nebenaggregate auf, welche beispielsweise Fahrfunktionen oder Komfortfunktionen unterstützen. Bei Fahrzeugen mit Hybridgetriebe werden derartige Nebenaggregate teilweise rein elektrisch, zum Beispiel bei Stillstand des Verbrennungsmotors und/oder des Fahrzeugs betrieben. Dies führt zu einem erhöhten elektrischen Verbrauch. Somit besteht ein Bedarf, derartige Nebenaggregate über das Hybridgetriebe quasi mit kinetischer Antriebsenergie zu betreiben.
  • Die Druckschrift DE 10 2017 128 428 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug, mit einem Elektromotor, wenigstens einem Nebenaggregat und einem Getriebe, das ein Getriebegehäuse, einen ersten von außen angetriebenen Leistungseingang, einen zweiten im Getriebegehäuse liegenden Leistungseingang und einen Leistungsausgang umfasst, wobei über das Getriebe die seitens einer Brennkraftmaschine in den ersten Leistungseingang eingekoppelten und die seitens des Elektromotors in den zweiten Leistungseingang eingekoppelten Leistungsbeiträge auf den Leistungsausgang geführt werden, hierbei zumindest das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Leistungseingang und dem Leistungsausgang schaltbar veränderbar ist, der Elektromotor und das Nebenaggregat in das Getriebegehäuse eingebunden sind, das Getriebe einen ersten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat mit einem zum Leistungsausgang führenden Leistungstransferweg koppelbar ist, und das Getriebe einen zweiten inneren Leistungsabgriffsweg bereitstellt, über welchen das wenigstens eine Nebenaggregat mit dem Elektromotor koppelbar ist.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ankopplung für ein Nebenaggregat bei einem Hybridfahrzeug vorzuschlagen, welche sich durch eine einfache und robuste Betriebsweise auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch einen Nebengetriebeabschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Hybridgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Nebengetriebeabschnitt zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat in einem Fahrzeug. Das Fahrzeug weist mindestens einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor als Antriebsmotoren auf. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein Hybridfahrzeug ausgebildet.
  • Das Nebenaggregat kann beispielsweise die Bereitstellung von Komfortfunktionen wie eine Klimatisierung und/oder von sicherheitsrelevanten Funktionen wie eine Lenkhilfeunterstützung umsetzen. Insbesondere kann das Nebenaggregat als eine Klimaanlage, ein Kompressor, ein Bremskraftverstärker, eine Hydraulikpumpe etc. ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass an den Nebengetriebeabschnitt mehrere Nebenaggregate getriebetechnisch angebunden sind und mit kinetischer Energie versorgt werden.
  • Den Nebengetriebeabschnitt weist eine erste Eingangsschnittstelle zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Elektromotoreneingangswelle des Fahrzeugs auf. Dabei kann die erste Eingangsschnittstelle unmittelbar oder mittelbar mit der Elektromotoreneingangswelle gekoppelt und/oder koppelbar sein. Ferner weist der Nebengetriebeabschnitt eine zweite Eingangsschnittstelle zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Abtriebswelle des Fahrzeugs auf. Dabei kann die zweite Eingangsschnittstelle unmittelbar oder mittelbar mit der Abtriebswelle gekoppelt und/oder koppelbar sein. Unter Etablierung einer Wirkverbindung wird insbesondere das Bilden eines Momentenpfads zwischen der jeweiligen Welle und der Eingangsschnittstelle verstanden. Vorzugsweise ist die erste Eingangsschnittstelle dauerhaft und/oder untrennbar mit der Elektromotoreneingangswelle getriebetechnisch verbunden und/oder ist die zweite Eingangsschnittstelle dauerhaft und/oder untrennbar mit der Abtriebswelle getriebetechnisch verbunden.
  • Der Nebengetriebeabschnitt weist eine Ausgangsschnittstelle zur Etablierung einer Wirkverbindung mit dem mindestens einen Nebenaggregat auf. Unter Etablierung einer Wirkverbindung wird insbesondere das Bilden eines Momentenpfads zwischen der Ausgangsschnittstelle und dem mindestens einen Nebenaggregat verstanden.
  • Ein erster Momentenpfad verläuft zwischen der ersten Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstelle, ein zweiter Momentenpfad verläuft zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstelle. In dem ersten Momentenpfad ist eine erste Trenneinrichtung zum Öffnen und Schließen des ersten Momentenpfads, in dem zweiten Momentenpfad ist eine zweite Trenneinrichtung zum Öffnen und Schließen des zweiten Momentenpfads angeordnet.
  • Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem ersten Momentenpfad ergänzend zu der ersten Trenneinrichtung eine Fliehkraftkupplung angeordnet ist, um den ersten Momentenpfad ab dem Erreichen einer vorgebbaren Grenzdrehzahl an der Fliehkraftkupplung zu öffnen.
  • Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Nutzung eines mechanischen Mittels, welches bereits vielfach in der Automobilindustrie eingesetzt wird und daher als höchst zuverlässig einzustufen ist, eine automatische, jedoch nicht elektrisch oder elektronisch gesteuerte Öffnung des ersten Momentenpfads durchgeführt werden kann, wenn die Grenzdrehzahl an der Fliehkraftkupplung überschritten ist.
  • Betrachtet man die verschiedenen Betriebszustände von dem Fahrzeug, so ist zunächst das Anfahren des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Dies wird oftmals elektromotorisch umgesetzt, so dass der Verbrennungsmotor zunächst nicht gestartet oder zugeschaltet wird. Beim Anfahren des Fahrzeugs ist die Drehzahl der Elektromotoreneingangswelle niedrig, so dass auch die Drehzahl am ersten Momentenpfad niedrig sein wird und die Nebenaggregate über die Elektromotoreneingangswelle mit kinetischer Energie versorgt werden.
  • Sofern das Fahrzeug mit höheren Geschwindigkeiten fährt, führt dies oftmals zu sehr hohen Drehzahlen bei der Elektromotoreneingangswelle, wobei derart hohe Drehzahlen für das mindestens eine Nebenaggregat nicht gewünscht sind. Somit bietet es sich bei den höheren Geschwindigkeiten an, den zweiten Momentenpfad zur Übertragung der kinetischen Energie zu verwenden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit der Fliehkraftkupplung erfolgt eine Deaktivierung bzw. Öffnung des ersten Momentenpfades rein mechanisch, so dass eine einfache und robuste Umsetzung für die Funktionalität der Öffnung des ersten Momentenpfades erzielt ist.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Trenneinrichtung und/oder die zweite Trenneinrichtung, vorzugsweise beide Trenneinrichtungen, als eine Überholkupplung ausgebildet. Die Überholkupplung öffnet den jeweiligen Momentenpfad genau dann, wenn an der Ausgangsschnittstelle eine Drehzahl anliegt, welche größer ist als die Drehzahl des jeweiligen Momentenpfads an der Überholkupplung. Für die Betriebsweise des Fahrzeugs bedeutet dies, dass bei einem Anfahren des Fahrzeugs die Drehzahl in dem ersten Momentenpfad, insbesondere an der ersten Überholkupplung und/oder der Ausgangsschnittstelle, größer ist als die Drehzahl in dem zweiten Momentenpfad, insbesondere an der zweiten Überholkupplung. Somit ist bei einem Anfahren des Fahrzeugs der zweite Momentenpfad geöffnet.
  • Sofern das Fahrzeug mit elektromotorischer Unterstützung höhere Geschwindigkeiten fährt, wobei die Elektromotoreneingangswelle eine derart hohe Drehzahl aufweist, so dass an der Fliehkraftkupplung in dem ersten Momentenpfad die Grenzdrehzahl überschritten ist, ist der erste Momentenpfad durch die Fliehkraftkupplung geöffnet. Soweit die höheren Geschwindigkeiten rein verbrennungsmotorisch umgesetzt werden, ist zwar die Fliehkraftkupplung geschlossen, nachdem jedoch an der Elektromotoreneingangswelle die Drehzahl 0 anliegt, wird der erste Momentenpfad durch die Überholkupplung geöffnet. Damit ist in jedem Betriebszustand die Versorgung des mindestens einen Nebenaggregats durch den Nebengetriebeabschnitt mit kinetischer Energie gesichert.
  • Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die erste und die zweite Trenneinrichtung, insbesondere die erste und die zweite Überholkupplung, einen gemeinsamen Ausgang auf, wobei der gemeinsame Ausgang als eine Antriebswelle für das mindestens eine Nebenaggregat ausgebildet ist und/oder die Ausgangsschnittstelle bildet. Diese Ausgestaltung vereinfacht den mechanischen Aufbau des Nebengetriebeabschnitts.
  • Somit ist es besonders bevorzugt, dass die Trenneinrichtungen und die Fliehkraftkupplung derart abgestimmt sind, dass
    • - bei einer höheren Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle im Vergleich zu der Drehzahl an der zweiten Eingangsschnittstelle die zweite Trenneinrichtung den zweiten Momentenpfad öffnet; und/oder
    • - bei einer höheren Drehzahl an der zweiten Eingangsschnittstelle im Vergleich zu der Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle die erste Trenneinrichtung den ersten Momentenpfad öffnet; und/oder
    • - bei einer Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle, welche größer als eine Grenzdrehzahl ist, die Fliehkraftkupplung den ersten Momentenpfad öffnet.
  • Es ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Nebengetriebeabschnitt rein mechanisch gesteuert ist. Insbesondere ist der Nebengetriebeabschnitt kostengünstig und robust mit geringen Eingriffen in eine ursprüngliche Getriebestruktur einsetzbar. Vorteilhafterweise ist keine aktive Ansteuerung notwendig, so dass keine Leistungselektronik, Software oder ähnliches benötigt wird. Dies wirkt sich positiv auf die Sicherheitslevel-Einstufung des Fahrzeugs aus.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6, wobei das Fahrzeug mindestens einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor aufweist. Das Hybridgetriebe weist eine Elektromotoreneingangswelle und eine Abtriebswelle auf. Die Elektromotoreneingangswelle ist besonders bevorzugt mit dem Rotor des Elektromotors drehfest verbunden. Die Abtriebswelle ist insbesondere hinter etwaiger Schalteinrichtungen des Hybridgetriebes angeordnet. Das Hybridgetriebe weist eine erste und eine zweite Kopplungsschnittstelle auf. Die Kopplungsschnittstellen können wie die Eingangsschnittstelle als physikalische Schnittstellen vorliegen, es kann sich hierbei jedoch auch um virtuelle und/oder funktionale Schnittstellen handeln. Die erste Kopplungsschnittstelle steht mit der Elektromotoreneingangswelle in Wirkverbindung, insbesondere sind diese getriebetechnisch verbunden, die zweite Kopplungsschnittstelle steht mit der Abtriebswelle in Wirkverbindung, insbesondere sind diese getriebetechnisch verbunden. Das Hybridgetriebe umfasst Nebengetriebeabschnitt wie diese zuvor beschrieben wurden, wobei die erste Eingangsschnittstelle mit der ersten Kopplungsschnittstelle und die zweite Eingangsschnittstelle mit der zweiten Kopplungsschnittstelle getriebetechnisch, insbesondere drehfest verbunden ist bzw. sind. Damit wird der Nebengetriebeabschnitt in dem Hybridgetriebe verwendet, wie dieser zuvor beschrieben wurde.
  • Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Momentenpfad ausgehend von einer Drehzahl der Elektromotoreneingangswelle als eine Übersetzung ins Schnelle umgesetzt. Hierdurch wird erreicht, dass selbst bei sehr geringer Drehzahl des Elektromotors bereits ausreichend kinetische Energie zur Verfügung steht, um das oder die Nebenaggregate zu betreiben.
  • Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, dass das Hybridgetriebe eine Differentialeinrichtung aufweist, wobei die Abtriebswelle die Differentialeinrichtung antreibt, wobei der zweite Momentenpfad eine Übersetzung ins Langsame umsetzt. Hierdurch wird erreicht, dass bei hohen Geschwindigkeiten und dementsprechend damit verbundenen hohen Drehzahlen der Abtriebswelle die kinetische Energie, die über den zweiten Momentenpfad an das oder die Nebenaggregate geliefert wird, nicht zu hoch ausfällt.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die von dem Elektromotor durch den geschlossenen, insbesondere geschlossen angenommenen, Momentenpfad M1 auf die Ausgangsschnittstelle übertragene Drehzahl stets größer als die durch den geschlossenen, insbesondere geschlossen angenommenen, Momentenpfad M2 auf die Ausgangsschnittstelle übertragene Drehzahl ausgebildet ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe, wie dies zuvor beschrieben wurde, mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigt:
    • 1 in stark schematisierter Darstellung einen Nebengetriebeabschnitt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 in schematisierter Darstellung ein Hybridgetriebe als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 ein Geschwindigkeit-Drehzahl-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Nebengetriebeabschnitts bzw. des Hybridgetriebes.
  • Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Nebengetriebeabschnitt 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Nebengetriebeabschnitt 1 weist eine erste Eingangsschnittstelle 2 sowie eine zweite Eingangsschnittstelle 3 auf. Die erste Eingangsschnittstelle 2 ist als ein erstes Koppelzahnrad K11, die zweite Eingangsschnittstelle 2 ist als ein zweites Koppelzahnrad K21 ausgebildet. Ferner weist der Nebengetriebeabschnitt 1 eine Ausgangsschnittstelle 4 auf, wobei die Ausgangsschnittstelle 4 als eine Eingangswelle E in ein Nebenaggregat 5 ausgebildet ist. Das Nebenaggregat 5 kann als eine Klimaanlage, Bremskraftverstärker etc. ausgebildet sein.
  • Damit ergibt sich ein erster Momentenpfad M1 von der ersten Eingangsschnittstelle 2 zu der Ausgangsschnittstelle 4 und ein zweiter Momentenpfad M 2 von der zweiten Eingangsschnittstelle 3 zu der Ausgangsschnittstelle 4.
  • In dem ersten Momentenpfad M1 ist eine Fliehkraftkupplung 6 angeordnet, welche ausgebildet ist, ab einer Grenzdrehzahl den ersten Momentenpfad M1 zu öffnen. Die Fliehkraftkupplung 6 ist nur stark schematisiert angedeutet und kann beispielsweise ein parallel zu dem ersten Koppelzahnrad K11 angeordnetes weiteres Koppelzahnrad sein, welches den ersten Momentenpfad M1 weiterführt. Das erste Koppelzahnrad K11 in dem ersten Momentenpfad M1 bzw. das nicht dargestellte, weitere Koppelzahnrad, kämmt mit einem zweiten Koppelzahnrad K12 in dem ersten Momentenpfad M1. Das zweite Koppelzahnrad K12 ist über eine erste Trenneinrichtung 7 getrieblich mit der Ausgangsschnittstelle 4 verbunden, wobei die Trenneinrichtung 7 beispielhaft als eine erste Überholkupplung U1 ausgebildet ist, über die das zweite Koppelzahnrad K12 in dem ersten Momentenpfad M1 mit der Eingangswelle E in das Nebenaggregat 5 getrieblich verbunden ist.
  • Die 2 zeigt in einer schematisierten Darstellung ein Hybridgetriebe 9 für ein Fahrzeug 10, wobei das Fahrzeug 10 nur stark schematisiert dargestellt ist. Das Fahrzeug 10 weist einen Elektromotor 11 sowie einen Verbrennungsmotor 12 auf, wobei beide Motoren 11, 12 als Traktionsmotoren ausgebildet sind und zum Antrieb des Fahrzeugs 10 dienen. Das Hybridgetriebe 9 ist nur schematisiert und insbesondere unvollständig dargestellt, insbesondere fehlen etwaige Schalteinrichtungen.
  • Das Hybridgetriebe 9 weist eine Elektromotoreneingangswelle 13 auf, wobei die Elektromotoreneingangswelle 13 mit dem ersten Momentenpfad M1 getriebetechnisch verbunden ist. Insbesondere kämmt ein Festrad auf der Elektromotoreneingangswelle 13 als einer erste Kopplungsschnittstelle 16 mit dem ersten Koppelzahnrad K 11 in dem ersten Momentenpfad M1. Alternativ zu der dargestellten Ausführung kann der erste Momentenpfad M1 auch in der gleichen Ebene von weiteren Zahnrädern angeordnet sein. Das Übersetzungsverhältnis in dem ersten Momentenpfad M1 ist so gewählt, dass die Drehzahl an der Ausgangsschnittstelle 4, insbesondere an der Eingangswelle E in das Nebenaggregat 5, größer ist als die Drehzahl an der Elektromotoreneingangswelle 13 und/oder am Rotor von dem Elektromotor 11. Insgesamt wird in dem Momentenpfad M1 eine Übersetzung i betragsmäßig größer als 1 umgesetzt.
  • Das Hybridgetriebe 9 weist eine Abtriebswelle 14 auf, wobei die Abtriebswelle 14 eine Differentialeinrichtung 15 antreibt, welche das gesamte Drehmoment des Hybridgetriebes 9 auf Antriebsräder verteilt. Die Abtriebswelle 14 ist mit dem zweiten Momentenpfad M2 getriebetechnisch verbunden. Insbesondere kämmt das erste Koppelzahnrad K21 in dem zweiten Momentenpfad M2 mit einem Festrad als zweite Kopplungsschnittstelle 17 auf der Abtriebswelle 14. Das Übersetzungsverhältnis in dem zweiten Momentenpfad M2 ist so gewählt, dass die Drehzahl an der Ausgangsschnittstelle 4, insbesondere an der Eingangswelle E in das Nebenaggregat 5, kleiner ist als die Drehzahl an der Abtriebswelle 14.
  • Theoretisch betrachtet ist - unabhängig vom Schaltzustand in dem Hybridgetriebe 9 - die von dem Elektromotor 11 durch den geschlossenen Momentenpfad M1 auf die Ausgangsschnittstelle 4 übertragene Drehzahl stets größer als die durch den geschlossenen Momentenpfad M2 auf die Ausgangsschnittstelle übertragene Drehzahl.
  • Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm, wobei auf der X-Achse eine Fahrzeuggeschwindigkeit in km/h und auf der Y-Achse eine Drehzahl in beliebigen Einheiten angegeben ist, wobei die Drehzahl als die Drehzahl der Ausgangsschnittstelle 4 zu verstehen ist. Anhand des Diagramms wird nachfolgend die Funktionsweise des Nebengetriebeabschnitts 1 erläutert.
  • Die gestrichelte Linie zeigt das Verhalten in einem reinen elektromotorischen Betrieb oder in einem Hybrid-Betrieb. Ausgehend von der Fahrgeschwindigkeit 0 km/h wird die kinetische Energie von dem Elektromotor 11 auf die Ausgangsschnittstelle 4 zunächst über den ersten Momentenpfad M1 übertragen. Die Abtriebswelle 14 dreht sehr langsam und wird zudem über den zweiten Momentenpfad M2 ins Langsame übersetzt. An der Ausgangsschnittstelle 4 öffnet die zweite Trenneinrichtung 8 bzw. die zweite Überholkupplung U2, so dass der zweite Momentenpfad M2 geöffnet ist.
  • Sobald die Drehzahl, welche über den ersten Momentenpfad M1 geleitet wird, die Grenzdrehzahl an der Fliehkraftkupplung 6 überschreitet, öffnet die Fliehkraftkupplung 6 den ersten Momentenpfad M1. In diesem Zustand ist die Ausgangsschnittstelle 4 kurzzeitig momentenfrei geschaltet, bis die Drehzahl an der Ausgangsseite der zweiten Überholkupplung U2 so niedrig ist, dass der zweite Momentenpfad M2 geschlossen wird. Nachdem die Fliehkraftkupplung 6 den ersten Momentenpfad M1 geöffnet hat, liegt an der ersten Überholkupplung U1 die Drehzahl 0 an, so dass diese zudem geöffnet ist. Erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter, so bleibt weiterhin der Momentenpfad M2 geschlossen.
  • Die gepunktete Linie zeigt das Verhalten in einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb. Ausgehend von der Geschwindigkeit 0 km/h ist der zweite Momentenpfad M2 geschlossen. Der Elektromotor 11 ist bei dem rein verbrennungsmotorischen Betrieb abgekoppelt, so dass über den ersten Momentenpfad M1 kein Drehmoment übertragen wird. Dadurch ist zwar die Fliehkraftkupplung 6 geschlossen, jedoch ist der erste Momentenpfad M1 über die erste Überholkupplung U1 geöffnet. Auch bei höheren Geschwindigkeiten werden Drehmomente ausschließlich über den zweiten Momentenpfad M2 übertragen.
  • Somit wird der Nebengetriebeabschnitt 1 ausschließlich mechanisch gesteuert, wobei in jedem Betriebszustand sichergestellt ist, dass das mindestens eine Nebenaggregat 5 ausreichend mit Drehmoment und/oder kinetischer Energie versorgt ist.
  • Insbesondere bei dem Entfall des FEADs (front-end accessory drives) bei Hybridfahrzeugen mit Elektromotor im Getriebe (DCT oder DHT), werden übrige Aggregate wie Wasserpumpe, Klimakompressor, Lenkhilfepumpe weiterhin benötigt. Somit kann der Nebengetriebeabschnitt 1 insbesondere bei Fahrzeugen ohne FEAD eingesetzt werden. Der Nebengetriebeabschnitt 1 setzt insbesondere eine Anbindung von Elektromotor 11 und Nebenaggregaten 5 in bzw. am Hybridgetriebe 9 in Verbindung mit einer Kombination von Schaltelementen 6, U1, U2, welche es ermöglichen, die Nebenaggregate 5 abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs 10 in einem energieeffizienten Modus zu betreiben. Für den Nebengetriebeabschnitt 1 ist keine aktive Ansteuerung notwendig, so dass keine Leistungselektronik, Software oder ähnliches benötigt wird. Dies wirkt sich positiv auf die Sicherheitslevel-Einstufung des Fahrzeugs 10 aus.
  • Auch mit dem Nebengetriebeabschnitt 1 erfolgt bei bewegtem Fahrzeug 10 und/oder laufendem Verbrennungsmotor 12 der Antrieb der Nebenaggregate 5 über die Getriebewelle/Abtriebswelle 14. Dabei weist der mechanische Antrieb generell deutliche Vorteile in der Gesamtwirkungsgradkette gegenüber rein elektrifizierten Aggregaten auf. Diese Betriebsweise ermöglicht, abhängig vom angeschlossenen Nebenaggregat 5, die Bereitstellung von Komfortfunktionen wie Klimatisierung als auch von sicherheitsrelevanten Funktionen wie Lenkhilfeunterstützung bei bewegtem Fahrzeug 10 mit gleichzeitig stillstehendem Verbrennungsmotor 11, z.B. im Segel- oder E-Betrieb. Insgesamt ist das System darauf ausgelegt, die seit langer Zeit bekannten Nebenaggregate 5 aus dem Nebenaggregatetrieb des Verbrennungsmotors 12 weiterhin nutzen zu können. Diese zeichnen sich durch bewährte Technik, hohe Stückzahlen und daraus resultierende geringe Kosten aus.
  • An dem Hybridgetriebe 9, welches mit mindestens zwei Antriebsmotoren (z.B. Verbrennungskraftmaschine/Verbrennungsmotor 12 und mindestens ein Elektromotor 11) angetrieben wird sind ebenfalls ein oder mehrere Nebenaggregate 5 (z.B. Klimakompressor, Lenkhilfepumpe o.ä.) angebunden. Das Hybridgetriebe 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebsmotoren 11, 12 unabhängig voneinander oder aber auch gemeinsam das Fahrzeug 10 antreiben können, wobei üblicherweise der Antrieb bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten rein elektrisch und bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten hybridisch oder allein über den Verbrennungsmotor 12 erfolgt.
  • Der Elektromotor 11 und zumindest die Antriebswelle/Eingangswelle E der Nebenaggregate / des Nebenaggregats 5 sind dabei bevorzugt in das Getriebegehäuse des Hybridgetriebes 9 integriert, was eine platzsparende Bauweise ermöglicht und zusätzliche Abdichtungen weitestgehend vermeidet. Die Anbindung von Elektromotor 11 und Nebenaggregat(en) 5 an die Getriebewelle(n) des Hybridgetriebes 9 erfolgt dabei über Zahnräder. Der Leistungsausgang des Verbrennungsmotors 12 ist in herkömmlicher Weise, z.B. mit einer Trennkupplung oder einem Dämpfer, mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Diese Getriebeeingangswelle ist wiederum über Zahnräder und Übersetzungsstufen, ggf. auch Schaltelementen, mit den Wellen verbunden, an welche auch Elektromotor 11 und Nebenaggregate 5 angebunden sind und zwar in folgender Art und Weise: Die Elektromotor 11 weist mindestens eine Verbindung zur der der Differentialeinrichtung 15 vorgelagerten Abtriebswelle 14 auf. Das Nebenaggregat 5 weist ebenfalls eine Verbindung zu dieser Abtriebswelle 14 über den Momentenpfad M2 auf, wobei die Übersetzung von Abtriebswelle 14 zu dem Nebenaggregat 5 kleiner 1 (ins Langsame ) ist. Zusätzlich weist das Nebenaggregat 5 eine Verbindung zur Elektromotoreneingangswelle 13 des Elektromotors 11 über den ersten Momentenpfad M1 auf. Die Übersetzung von Elektromotor 11 zu dem Nebenaggregat 5 ist dabei größer als 1 (ins Schnelle). Die Verbindung über den ersten Momentenpfad M1 erfolgt dabei über einen Freilauf, insbesondere die erste Überholkupplung U1, die öffnet, sobald die Ausgangsschnittstelle 4, insbesondere die Eingangswelle E schneller dreht als das erstes Koppelzahnrad K21 in dem zweiten Momentenpfad M2. Solch einen Freilauf, insbesondere die erste Überholkupplung U1, weist auch der erste Momentenpfad M1 auf. Zusätzlich ist der erste Momentenpfad M1 durch eine Fliehkraftkupplung 6 trennbar. Die Fliehkraftkupplung 6 kann dabei entweder an dem ersten oder an dem zweiten Koppelzahnrad K11, K12 den Momentenfluss trennen. Die Kupplung zeichnet sich dadurch aus, dass sie als Fliehkraftkupplung 6 ausgebildet ist und bei einer definierten Drehzahl öffnet und die Momentenübertragung über den ersten Momentenpfad M1 unterbricht.
  • Im Zusammenspiel mit den gewählten Übersetzungen von erstem Momentenpfad M1 und zweitem Momentenpfad M2 ergibt sich damit die Möglichkeit, das Nebenaggregat 5 sowohl bei sehr geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten (und daraus resultierenden geringen Drehzahlen an den Getriebewellen) mit genügend hoher Drehzahl zur Erzielung der benötigten Leistung, als auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit reduzierter Drehzahl zur Steigerung der Effizienz und zur Vermeidung von Reibungsverlusten zu betreiben. Das Umschalten geschieht automatisch und drehzahlgesteuert. Sofern im Hybridgetriebe 9 eine Möglichkeit vorgesehen ist, den Elektromotor 11 von der Abtriebswelle 14 zu entkoppeln, z.B. über eine Trennkupplung o.ä., ist mit dieser Antriebsanordnung auch ein Betrieb des Nebenaggregats 5 bei Fahrzeugstillstand gegeben.
  • Es ist denkbar, dass über dieses System nicht nur ein Nebenaggregat 5, sondern mehrere miteinander verbundene Aggregate angetrieben werden. Die Verbindung kann koaxial oder parallel ausgestaltet sein. Alle Nebenaggregate 5 können an ihrer Antriebswelle zusätzlich ein weiteres Kupplungs- und/oder Dämpf- und/oder Entkopplungselement besitzen. Damit wird ein individueller Betrieb jedes einzelnen Aggregats abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und abhängig von den anderen Elementen ermöglicht. Gleichzeitig kann das Aggregat von Drehschwingungen des Antriebsstranges entkoppelt werden, was einen gleichmäßigeren und effizienteren Betrieb gewährleistet und/oder mögliche negative Auswirkungen des Anschaltvorganges auf den Triebstrang und damit indirekt auf das Fahrzeug vermeidet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Nebengetriebeabschnitt
    2
    erste Eingangsschnittstelle
    3
    zweite Eingangsschnittstelle
    4
    Ausgangsschnittstelle
    5
    Nebenaggregat
    6
    Fliehkraftkupplung
    7
    erste Trenneinrichtung
    8
    zweite Trenneinrichtung
    9
    Hybridgetriebe
    10
    Fahrzeug
    11
    Elektromotor
    12
    Verbrennungsmotor
    13
    Elektromotoreneingangswelle
    14
    Abtriebswelle
    15
    Differentialeinrichtung
    16
    erste Kopplungsschnittstelle
    17
    zweite Kopplungsschnittstelle
    M1
    erster Momentenpfad
    M2
    zweiter Momentenpfad
    K11
    erstes Koppelzahnrad in dem ersten Momentenpfad M1
    K21
    erstes Koppelzahnrad in dem zweiten Momentenpfad M2
    K12
    zweites Koppelzahnrad in dem ersten Momentenpfad M1
    E
    Eingangswelle in das Nebenaggregat 5
    U1
    erste Überholkupplung
    U2
    zweite Überholkupplung
  • 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
    • DE 102017128428 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Nebengetriebeabschnitt (1) zum Antrieb von mindestens einem Nebenaggregat (5) in einem Fahrzeug (10), wobei das Fahrzeug (10) mindestens einen Elektromotor (11) und einen Verbrennungsmotor (12) aufweist, mit einer ersten Eingangsschnittstelle (2) zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Elektromotoreneingangswelle (13) des Fahrzeugs (10), mit einer zweiten Eingangsschnittstelle (3) zur Etablierung einer Wirkverbindung mit einer Abtriebswelle (14) des Fahrzeugs (10), mit einer Ausgangsschnittstelle (4) zur Etablierung einer Wirkverbindung mit dem mindestens einen Nebenaggregat (5), wobei ein erster Momentenpfad (M1) zwischen der ersten Eingangsschnittstelle (2) und der Ausgangsschnittstelle (4) und ein zweiter Momentenpfad (M2) zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle (3) und der Ausgangsschnittstelle (4) vorgesehen sind, wobei in dem ersten Momentenpfad (M1) eine erste Trenneinrichtung (7) und in dem zweiten Momentenpfad (M2) eine zweite Trenneinrichtung (8) zum Öffnen des jeweiligen Momentenpfads (M1,M2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Momentpfad (M1) ergänzend eine Fliehkraftkupplung (6) angeordnet ist, um den ersten Momentenpfad (M1) ab dem Erreichen einer vorgebbaren Grenzdrehzahl zu öffnen.
  2. Nebengetriebeabschnitt (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Trenneinrichtung (7) und/oder die zweite Trenneinrichtung (8) als eine Überholkupplung (U1,U2) ausgebildet ist.
  3. Nebengetriebeabschnitt (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Trenneinrichtung (7,8) einen gemeinsamen Ausgang aufweisen, wobei der gemeinsame Ausgang als eine Eingangswelle (E) für das mindestens eine Nebenaggregat (5) ausgebildet ist.
  4. Nebengetriebeabschnitt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtungen (7,8) und die Fliehkraftkupplung (6) derart abgestimmt sind, dass - bei einer höheren Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle (2) im Vergleich zu der Drehzahl an der zweiten Eingangsschnittstelle (3) die zweite Trenneinrichtung (8) den zweiten Momentenpfad (M2) öffnet; - bei einer höheren Drehzahl an der zweiten Eingangsschnittstelle (3) im Vergleich zu der Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle (2) die erste Trenneinrichtung (7) den ersten Momentenpfad (M1) öffnet; - bei einer Drehzahl an der ersten Eingangsschnittstelle (7), welche größer als eine Grenzdrehzahl ist, die Fliehkraftkupplung (6) den ersten Momentenpfad öffnet.
  5. Nebengetriebeabschnitt (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser rein mechanisch gesteuert ist.
  6. Hybridgetriebe (9) für ein Fahrzeug (10), wobei das Fahrzeug (10) mindestens einen Elektromotor (11) und einen Verbrennungsmotor (12) aufweist, wobei das Hybridgetriebe (9) eine Elektromotoreneingangswelle (13) und eine Abtriebswelle (14) sowie eine erste und eine zweite Kopplungsschnittstelle (16,17) aufweist, wobei die erste Kopplungsschnittstelle (16) mit der Elektromotoreneingangswelle (13) in Wirkverbindung und die zweite Kopplungsschnittstelle (17) mit der Abtriebswelle (14) in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch den Nebengetriebeabschnitt (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Eingangsschnittstelle (2) mit der ersten Kopplungsschnittstelle (16) und die zweite Eingangsschnittstelle (3) mit der zweiten Kopplungsschnittstelle (17) getriebetechnisch verbunden ist.
  7. Hybridgetriebe (9) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Momentenpfad (M1) ausgehend von einer Drehzahl der Elektromotoreneingangswelle (13) eine Übersetzung ins Schnelle umsetzt.
  8. Hybridgetriebe (9) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgetriebe (9) eine Differentialeinrichtung (15) aufweist, wobei die Abtriebswelle (14) die Differentialeinrichtung (15) antreibt und wobei der zweite Momentenpfad (M2) eine Übersetzung ins Langsame umsetzt.
  9. Hybridgetriebe (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Elektromotor (11) durch den geschlossenen Momentenpfad (M1) auf die Ausgangsschnittstelle (4) übertragene Drehzahl stets größer als die durch den geschlossenen Momentenpfad (M2) auf die Ausgangsschnittstelle (4) übertragene Drehzahl ausgebildet ist.
  10. Fahrzeug (10) mit dem Hybridgetriebe (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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