DE102021126768A1 - Modulares Hybridgetriebe sowie Kraftfahrzeugantriebsstrang - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Hybridgetriebe (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (2), mit zumindest einer als Generator und/oder Antriebsmaschine einsetzbaren elektrischen Maschine (3), einem Differenzial (4) sowie einer zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Differenzial (4) wirkend eingesetzten Getriebeeinheit (5), wobei eine einen Rotor (6) direkt aufnehmende Rotorwelle (7) der elektrischen Maschine (3) achsparallel zu zwei Ausgangswellen (8a, 8b) des Differenzials (4) angeordnet ist sowie eine mit der Rotorwelle (7) rotatorisch koppelbare oder gekoppelte und mit einem Eingang (9) des Differenzials (4) rotatorisch über eine Planetengetriebestufe (10) gekoppelte Getriebewelle (11) der Getriebeeinheit (5) koaxial zu den Ausgangswellen (8a, 8b) des Differenzials (4) angeordnet ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (2) mit diesem Hybridgetriebe (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein modulares Hybridgetriebe, das insbesondere auch als Hybridgetriebe-Baukasten bezeichnet und in einem (hybriden) Kraftfahrzeugantriebsstrang einsetzbar ist. Das Hybridgetriebe bildet eine Einheit aus zumindest einer Getriebeeinheit und einer elektrischen Maschine und wird vorzugsweise an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeuges, alternativ auch an einer Hinterachse des Kraftfahrzeuges, eingesetzt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit diesem Hybridgetriebe sowie einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Ziel der Erfindung ist es, ein einfach herstellbares, modulares Hybridgetriebe zur Verfügung zu stellen, das möglichst einfach in hybride Kraftfahrzeugantriebsstränge einsetzbar ist. Das Hybridgetriebe soll hierfür möglichst bauraumsparend ausgebildet sein. Das Hybridgetriebe soll ferner in jeglichem Betriebszustand des Kraftfahrzeugantriebsstrangs, insbesondere auch bei einem parallelen elektrischen Antrieb, unabhängig von einer Mindestgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, unterstützen. Ferner soll eine möglichst zugkraftunterbrechungsfreie Übertragung von Drehmoment stattfinden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein modulares, kompaktes und einfach montierbares Hybridgetriebe zur Verfügung zu stellen, das unabhängig von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges in seine verschiedenen Betriebsmodi umschaltbar ist.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Mit dem Anspruch 1 ist ein modulares Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang ausgeführt. Das Hybridgetriebe weist zumindest eine als Generator und/oder Antriebsmaschine einsetzbare elektrische Maschine, ein Differenzial sowie eine zwischen der elektrischen Maschine und dem Differenzial wirkend eingesetzte Getriebeeinheit auf. Eine einen Rotor direkt aufnehmende Rotorwelle der elektrischen Maschine ist ferner achsparallel zu zwei Ausgangswellen des Differenzials angeordnet und eine mit der Rotorwelle rotatorisch koppelbare oder gekoppelte und mit einem Eingang des Differenzials rotatorisch über eine Planetengetriebestufe (permanent) gekoppelte Getriebewelle der Getriebeeinheit ist koaxial zu den Ausgangswellen des Differenzials angeordnet.
  • Somit ist eine kompakte mit einem Differenzial verschachtelte Getriebeeinheit in dem entsprechenden Hybridgetriebe zur Verfügung gestellt, die einen modularen Aufbau aufweist und platzsparend in bestehende Kraftfahrzeugantriebsstränge integrierbar ist.
  • Weitergehende vorteilhafte Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
  • Demnach ist es auch von Vorteil, wenn die Getriebeeinheit ein koaxial zu der Rotorwelle angeordnetes erstes Zahnrad aufweist, das in Zahneingriff mit einem mit einer Ausgangswelle einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren oder gekoppelten, zweiten Zahnrad steht. Das zweite Zahnrad ist bevorzugt achsparallel zu dem ersten Zahnrad / der Rotorwelle angeordnet. Dadurch ergibt sich insbesondere eine axial kompakte Bauweise.
  • Es ist auch zweckmäßig, wenn die Getriebeeinheit neben der koaxial zu den Ausgangswellen des Differenzials angeordneten ersten Getriebewelle eine achsparallel zu dieser ersten Getriebewelle angeordnete zweite Getriebewelle (als Vorgelegewelle umgesetzt) aufweist, welche zweite Getriebewelle über verschiedene wahlweise schaltbare Übersetzungsstufen mit der ersten Getriebewelle koppelbar ist. Dadurch ist die Getriebeeinheit geschickt mehrgängig ausgebildet.
  • Dabei ist weiterhin zweckmäßig, wenn ein auf der zweiten Getriebewelle angeordnetes erstes Losrad einer ersten Übersetzungsstufe mittels einer ersten Kupplung und / oder ein auf der zweiten Getriebewelle angeordnetes zweites Losrad einer zweiten Übersetzungsstufe wechselweise mittels der ersten Kupplung oder mittels einer zweiten Kupplung mit der zweiten Getriebewelle (drehfest) koppelbar sind. Die erste Kupplung und die zweite Kupplung sind weiter bevorzugt jeweils als Klauenkupplung ausgeführt. Dadurch wird der Aufbau wiederum möglichst einfach gehalten.
  • Zudem hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn ein mit der Rotorwelle permanent rotatorisch gekoppeltes (drittes) Zahnrad der Getriebeeinheit koaxial auf der mit der Planetengetriebestufe gekoppelten Getriebewelle sitzt und mittels einer dritten Kupplung wahlweise mit dieser Getriebewelle verbindbar ist. Die dritte Kupplung ist weiter bevorzugt als Klauenkupplung ausgeführt. Dadurch lässt sich eine weitere, etwa dritte Übersetzungsstufe möglichst geschickt schalten.
  • Somit ist es auch von Vorteil, wenn die Getriebeeinheit als ein Mehrganggetriebe, vorzugsweise als ein Dreiganggetriebe (mit ausschließlich drei (Vorwärts-)Gängen) ausgebildet ist. Dadurch wird ein geeigneter Kompromiss zwischen einer maximalen Anzahl an notwendigen Gängen und einem kompakten Aufbau sichergestellt.
  • Sind insgesamt gar zwei als Generator und/oder Antriebsmaschine einsetzbare elektrische Maschinen vorhanden, sind auch Betriebsmodi mit zwei seriell arbeitenden elektrischen Maschinen effizient umsetzbar.
  • Für einen axial noch kompakteren Aufbau hat es sich wiederum als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rotorwellen der beiden elektrischen Maschinen achsparallel zueinander sowie zu der mit der Planetengetriebestufe gekoppelten Getriebewelle angeordnet sind.
  • Für eine verlässliche Funktion des Hybridgetriebes ist es zudem zuträglich, wenn eine erste elektrische Maschine wahlweise mit der mit der Planetengetriebestufe gekoppelten Getriebewelle rotatorisch koppelbar ist und eine zweite elektrische Maschine permanent mit der mit der Planetengetriebestufe gekoppelten Getriebewelle rotatorisch gekoppelt ist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen und einer mit ihrer Ausgangswelle mit der Getriebeeinheit gekoppelten oder koppelbaren Verbrennungskraftmaschine. Die Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise achsparallel zu der koaxial zu den Ausgangswellen des Differenzials angeordneten (ersten) Getriebewelle und der Rotorwelle der elektrischen Maschine (oder den Rotorwellen beider elektrischer Maschinen) angeordnet.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein geschachteltes Hybridgetriebe mit Abtriebsrädern auf der Differenzialachse ausgebildet. Je nach Anwendung kann das Getriebe (Hybridgetriebe) als Mehrganggetriebe ausgeführt sein.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes nach einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei sowohl die Anordnung zweier elektrischer Maschinen zueinander und zu einer Getriebeeinheit, als auch die Anordnung eines Differenzials gut zu erkennen sind, und wobei jene Getriebeeinheit als ein Mehrganggetriebe umgesetzt ist,
    • 2 eine vereinfachte Seitendarstellung des Hybridgetriebes nach 1, unter Veranschaulichung einer bevorzugten Anordnung zweier Leistungselektronikeinheiten der elektrischen Maschinen,
    • 3 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 2 von einer Rückseite,
    • 4 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 2 von einer Vorderseite,
    • 5 eine Tabelle zur Veranschaulichung verschiedener, durch das Hybridgetriebe der 1 bis 4 umsetzbarer Betriebsmodi,
    • 6 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Getriebeeinheit nun als Ein-Gang-Getriebe ausgebildet ist und weiterhin zwei elektrische Maschinen vorhanden sind,
    • 7 eine vereinfachte Seitendarstellung des Hybridgetriebes nach 6, unter Veranschaulichung einer bevorzugten Anordnung zweier Leistungselektronikeinheiten der elektrischen Maschinen,
    • 8 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 7 von einer Rückseite,
    • 9 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 7 von einer Vorderseite,
    • 10 eine Tabelle zur Veranschaulichung verschiedener, durch das Hybridgetriebe der 6 bis 9 umsetzbarer Betriebsmodi,
    • 11 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes nach einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei neben der als Einganggetriebe ausgebildeten Getriebeeinheit lediglich eine elektrische Maschine vorhanden ist,
    • 12 eine vereinfachte Seitendarstellung des Hybridgetriebes nach 11, unter Veranschaulichung einer bevorzugten Anordnung einer Leistungselektronikeinheit der elektrischen Maschine,
    • 13 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 12 von einer Rückseite,
    • 14 eine perspektivische Darstellung des Hybridgetriebes nach 12 von einer Vorderseite, sowie
    • 15 eine Tabelle zur Veranschaulichung verschiedener, durch das Hybridgetriebe der 11 bis 14 umsetzbarer Betriebsmodi.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Prinzipiell können auch die verschiedenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele frei miteinander kombiniert werden.
  • Mit den 1 bis 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 veranschaulicht. Mit den 6 bis 10 ist ferner ein zweites Ausführungsbeispiel und mit den 11 bis 15 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 veranschaulicht, wobei diese im Aufbau und in der Funktionsweise dem ersten Ausführungsbeispiel weitestgehend entsprechen. Der Kürze wegen sind daher hinsichtlich der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele lediglich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. untereinander beschrieben.
  • Mit 1 ist das erfindungsgemäße Hybridgetriebe 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich seines Aufbaus übersichtlich zu erkennen. Der bevorzugte Einsatzbereich des Hybridgetriebes 1 ist ein hybrider Kraftfahrzeugantriebsstrang 2. Das Hybridgetriebe 1 ist an einer Vorderachse eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
  • Das Hybridgetriebe 1 weist zwei elektrische Maschinen 3, 23 auf, die jeweils als Generator zur Rekuperation und Antriebsmaschine zur Erzeugung eines Antriebsmomentes einsetzbar sind.
  • In dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 2 ist ferner eine Verbrennungskraftmaschine 14 vorhanden, die nicht Bestandteil des Hybridgetriebes 1 selbst ist, jedoch in 1 bereits mit dem Hybridgetriebe 1 wirkverbunden ist. Genauer gesagt ist die Verbrennungskraftmaschine 14 seitens ihrer Ausgangswelle 13 mittels eines Torsionsschwingungsdämpfers 26 mit einer Getriebeeinheit 5 des Hybridgetriebes 1 (direkt und permanent) gekoppelt. Optional ist zwischen der Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14 und der Getriebeeinheit 5 eine hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Kupplung / Trennkupplung vorgesehen, um die Verbrennungskraftmaschine 14 wahlweise von der Getriebeeinheit 5 an- und abzukoppeln.
  • Eine erste elektrische Maschine 23 des Hybridgetriebes 1 ist mit ihrer einen (ersten) Rotor 6 aufnehmenden (ersten) Rotorwelle 7 achsparallel zu der Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14 angeordnet. Ein erstes Zahnrad 12 der Getriebeeinheit 5 ist (koaxial) auf der ersten Rotorwelle 7 drehfest angebracht / aufgenommen. Das erste Zahnrad 12 befindet sich mit einem zweiten Zahnrad 15 der Getriebeeinheit 5 in Zahneingriff, welches zweite Zahnrad 15 wiederum koaxial zu der Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14 angeordnet ist. Das zweite Zahnrad 15 dient zur Anbindung an den Torsionsschwingungsdämpfer 26 / an die Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14.
  • Zudem ist die erste elektrische Maschine 3 über das erste Zahnrad 12, das zweite Zahnrad 15 und über eine erste Zahnradstufe 28 (unter Zwischenschaltung eines ersten Zwischenrads 40) mit einer ersten Getriebewelle 11 der Getriebeeinheit 5 koppelbar. Es ist zu erkennen, dass die erste elektrische Maschine 3 in Abhängigkeit einer (dritten) Kupplung 37 wahlweise mit der ersten Getriebewelle 11 koppelbar ist. Die (dritte) Kupplung 37 ist als eine Formschlusskupplung, wie eine Klauenkupplung, ausgebildet und auf der ersten Getriebewelle 11 wirkend eingesetzt.
  • Eine (zweite) Rotorwelle 25 eines (zweiten) Rotors 24 einer zweiten elektrische Maschine 23 ist sowohl achsparallel zu der Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14, als auch achsparallel zu der ersten Rotorwelle 7 der ersten elektrischen Maschine 3 angeordnet.
  • Ein weiteres (viertes) Zahnrad 27 ist koaxial und permanent drehfest auf der zweiten Rotorwelle 25 angebracht / aufgenommen. Das vierte Zahnrad 27 ist mittels einer (zweiten) Zahnradstufe 29 (unter Zwischenschaltung eines zweiten Zwischenrads 41) mit der ersten Getriebewelle 11 der Getriebeeinheit 5 rotatorisch gekoppelt. Es ist zu erkennen, dass die zweite Rotorwelle 25 permanent rotatorisch mit der ersten Getriebewelle 11 gekoppelt ist.
  • Ferner ist die Getriebeeinheit 5 in dem ersten Ausführungsbeispiel als ein Mehrganggetriebe, nämlich als ein Dreiganggetriebe, ausgeführt. Neben der ersten Getriebewelle 11 ist demnach eine, parallel zur ersten Getriebewelle 11 (sowie zu den ersten und zweiten Rotorwellen 7, 25 und der Ausgangswelle 13 der Verbrennungskraftmaschine 14) angeordnete, zweite Getriebewelle 16 vorhanden, die sich mit einem dritten Zahnrad 21, das direkt auf der ersten Getriebewelle 11 koaxial aufgesetzt ist, in Zahneingriff befindet. Das dritte Zahnrad 21 ist auch permanent mit der ersten Rotorwelle 7 rotatorisch gekoppelt ist. Das dritte Zahnrad 21 ist zudem in Zahneingriff mit einem auf der zweiten Getriebewelle 16 permanent drehfest angeordneten (fünften) Zahnrad 38.
  • Zwei auf der zweiten Getriebewelle 16 angeordnete (erste und zweite) Kupplungen 20, 22, die jeweils als Formschlusskupplung, wie Klauenkupplung, realisiert sind, dienen zum wahlweisen drehfesten Verbinden zweier auf der zweiten Getriebewelle 16 angeordneter Losräder 18, 19 mit der zweiten Getriebewelle 16 und somit zum wahlweisen Schalten einer ersten Übersetzungsstufe 17a (aufweisend ein erstes Losrad 18 der zweiten Getriebewelle 16 und ein mit dem ersten Losrad 18 in Zahneingriff befindliches erstes Festrad 30 der ersten Getriebewelle 16) oder einer zweiten Übersetzungsstufe 17b (aufweisend ein zweites Losrad 19 der zweiten Getriebewelle 16 und ein mit dem zweiten Losrad 19 in Zahneingriff befindliches zweites Festrad 31 der ersten Getriebewelle 16). In einer geschlossenen Stellung einer ersten Kupplung 20 ist somit das erste Losrad 18 der ersten Übersetzungsstufe 17a mit der zweiten Getriebewelle 16 drehfest verbunden und einer geschlossenen Stellung der zweiten Kupplung 22 ist das zweite Losrad 19 der zweiten Übersetzungsstufe 17b drehfest mit der zweiten Getriebewelle 16 verbunden. In einer geöffneten Stellung der jeweiligen ersten und zweiten Kupplung 20 ist das erste Losrad 18 / das zweite Losrad 19 nicht drehfest mit der zweiten Getriebewelle 16 verbunden.
  • Auch ist es ferner möglich lediglich die erste Kupplung 20 anstelle der beiden ersten und zweiten Kupplungen 20, 22 vorzusehen, wobei die erste Kupplung 20 dann vorzugsweise zwischen drei Stellungen (in erster Stellung ist nur das erste Losrad 18 mit der zweiten Getriebewelle 16 drehfest verbunden; in zweiter Stellung ist nur das zweite Losrad 19 mit der zweiten Getriebewelle 16 drehfest verbunden; in Mittenstellung / Neutralstellung ist weder das erste Losrad 18 noch das zweite Losrad 19 mit der zweiten Getriebewelle 16 drehfest verbunden).
  • Ferner weist das Hybridgetriebe 1 eine (feste) Planetengetriebestufe 10 auf. Die Planetengetriebestufe 10 ist starr ausgeführt, das heißt nicht schaltbar, und weist ein unmittelbar mit der ersten Getriebewelle 11 permanent drehfest verbundenes Sonnenrad 32 auf. Neben dem Sonnenrad 32 sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, mit dem Sonnenrad 32 in Zahneingriff befindliche Planetenräder 33 auf einem Planetenträger 34 drehbar angeordnet. Der Planetenträger 34 ist wiederum mit einem Eingang 9 eines Differenzials 4 permanent drehverbunden. Ein wiederum mit den Planetenrädern 33 in Zahneingriff befindliches Hohlrad 35 der Planetengetriebestufe 10 ist gehäusefest abgestützt.
  • Somit ist auch das Differenzial 4 Bestandteil des Hybridgetriebes 1. Der Eingang 9 des Differenzials 4 ist als Eingangsrad ausgeführt; zwei Ausgänge des Differenzials 4 sind als Ausgangswellen 8a, 8b ausgeführt. Die Ausgangswellen 8a, 8b des Differenzials 4 verlaufen koaxial zu der ersten Getriebewelle 11. Eine erste Ausgangswelle 8a des Differenzials 4 durchdringt vorzugsweise die als Hohlwelle ausgebildete erste Getriebewelle 11 vollständig.
  • Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die dritte Kupplung 37 zwischen einer geöffneten Stellung, in der das dritte Zahnrad 21 frei relativ zu der ersten Getriebewelle 11 verdrehbar ist und einer geschlossenen Stellung, in der das dritte Zahnrad 21 unmittelbar mit der ersten Getriebewelle 11b drehfest verbunden ist schaltbar ist. Dadurch wird in der geschlossenen Stellung der dritten Kupplung 37 eine dritte Übersetzungsstufe 17c eingelegt / geschaltet.
  • In Verbindung mit den 2 bis 4 ist zudem die Anordnung der Leistungselektronikeinheiten 36a, 36b der elektrischen Maschine 3, 23 angedeutet. Eine erste Leistungselektronikeinheit 36a der ersten elektrischen Maschine 3 ist auf einer der ersten Getriebewelle 11 (radial) abgewandten Seite der ersten Rotorwelle 7 angeordnet. Eine zweite Leistungselektronikeinheit 36b der zweiten elektrischen Maschine 23 ist wiederum auf einer der ersten elektrischen Maschine 3 (radial) abgewandten Seite der zweiten Rotorwelle 25 angeordnet. Die beiden Leistungselektronikeinheiten 36a, 36b sind ferner in ein der Übersichtlichkeit halber nicht dargestelltes Getriebegehäuse integriert oder an dieses angebaut.
  • In Zusammenhang mit 5 sind dann die verschiedenen Betriebsmodi, wie sie durch das erfindungsgemäße Hybridgetriebe 1 umsetzbar sind, zusammengefasst. In einem ersten Gang in einem durch die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) unterstützten oder ausschließlich durchgeführten Betriebsmodus (1. Gang VKM) ist die erste Kupplung 20 (K1) geschlossen. Die zweite Kupplung 22 (K2) und die dritte Kupplung 37 (K3) befinden sich zudem in ihrer geöffneten Stellung. Dadurch geht der Momentfluss in diesem ersten Gang (1. Gang VKM) über die miteinander in Zahneingriff befindlichen dritten und fünften Zahnräder 21, 38 auf die zweite Getriebewelle 16 und über die geschlossene K1 erste Kupplung 20 (K1) auf die erste Getriebewelle 11, die als Hohlwelle um die Differenzialachse / Ausgangswellen 8a, 8b angeordnet ist, über. Von dort erfolgt ein Weiterleiten auf die Planetengetriebestufe 10 und zum Differenzial 4. Die erste elektrische Maschine 3 (EM1) wird als Generator ebenfalls betrieben. Optional kann die zweite elektrische Maschine 23 (EM2), z.B. beim Gangwechsel, das Abtriebsmoment aufbringen sowie Lücken in der Zugkraft auffüllen.
  • Des Weiteren kann durch das Hybridgetriebe 1 ein zweiter Gang in einem durch die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) unterstützten oder ausschließlich durchgeführten Betriebsmodus (2. Gang VKM) ausgeführt werden. In diesem zweiten Gang (2. Gang VKM) ist die zweite Kupplung 22 (K2) geschlossen. Die erste Kupplung 20 (K1) und die dritte Kupplung 37 (K3) befinden sich in ihrer geöffneten Stellung. Der Momentfluss geht in diesem zweiten Gang (2. Gang VKM) über die miteinander in Zahneingriff befindlichen dritten und fünften Zahnräder 21, 38 auf die zweite Getriebewelle 16 und über die geschlossene zweite Kupplung 22 (K2) auf die erste Getriebewelle 11. Von dort erfolgt ein Weiterleiten auf die Planetengetriebestufe 10 und zum Differenzial 4. Die erste elektrische Maschine 3 (EM1) wird wiederum als Generator betrieben. Optional kann die zweite elektrische Maschine 23 (EM2), z.B. beim Gangwechsel, das Abtriebsmoment aufbringen sowie Lücken in der Zugkraft auffüllen.
  • Des Weiteren kann durch das Hybridgetriebe 1 ein dritter Gang in einem durch die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) unterstützten oder ausschließlich durchgeführten Betriebsmodus (3. Gang VKM) ausgeführt werden. In diesem dritten Gang (3. Gang VKM) ist die dritte Kupplung 37 (K3) geschlossen. Die erste Kupplung 20 (K1) und die zweite Kupplung 22 (K2) befinden sich in ihrer geöffneten Stellung. Der Momentfluss geht in diesem dritten Gang (3. Gang VKM) über das dritte Zahnrad 21 direkt auf die erste Getriebewelle 11. Von dort erfolgt ein Weiterleiten auf die Planetengetriebestufe 10 und zum Differenzial 4. Die erste elektrische Maschine 3 (EM1) wird wiederum als Generator angetrieben. Optional kann die zweite elektrische Maschine 23 (EM2), z.B. beim Gangwechsel, das Abtriebsmoment aufbringen sowie Lücken in der Zugkraft auffüllen.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 1 (in einem hybriden Betriebsmodus) seriell (Seriell) betreibbar. Hierzu sind alle Kupplungen 20, 22, 37 geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine 14 treibt über die feste Übersetzung, die durch das erste Zahnrad 12 und das mit diesem in Zahneingriff befindliche zweite Zahnrad 15 gebildet ist, die erste elektrische Maschine 3 (EM1) als Generator an. Über die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) kann das Kraftfahrzeug direkt angetrieben werden. Optional kann eine weitere, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte elektrische Maschine auf der Hinterachse das Kraftfahrzeug zusätzlich antreiben.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 1 (in einem rein elektrischen Betriebsmodus) rein durch die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) betreibbar (1. Gang EM2). Hierzu sind alle Kupplungen 20, 22, 37 geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine 14 steht. Optional kann eine weitere, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte elektrische Maschine auf der Hinterachse das Kraftfahrzeug zusätzlich antreiben.
  • Auch kann das Hybridgetriebe 1 zum Umsetzen eines rein elektrischen Rückwärtsgangs durch die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) angetrieben werden (Rückwärts).
  • Mit den 6 bis 10 ist das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 veranschaulicht. Die Getriebeeinheit 5 ist nun lediglich als ein Ein-Gang-Getriebe ausgebildet. Auf die zuvor verwendeten ersten und zweiten Kupplungen 20, 22 ist demnach verzichtet und lediglich die (dritte) Kupplung 37 zur wahlweisen drehfesten Verbindung des dritten Zahnrades 21 mit der ersten Getriebewelle 11 vorhanden. Die zweite elektrische Maschine 23 ist an der noch in dem ersten Ausführungsbeispiel durch die zweite Getriebewelle 16 eingenommenen Position angeordnet, das heißt in Bezug auf die erste Getriebewelle 11 betrachtet auf einer der ersten elektrischen Maschine 3 (radial) gegenüberliegenden Seite.
  • In Zusammenhang mit 10 sind dann die verschiedenen Betriebsmodi, wie sie durch das erfindungsgemäße Hybridgetriebe 1 des zweiten Ausführungsbeispiels umsetzbar sind, zusammengefasst. In einem (einzigen) Gang in einem durch die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) unterstützten oder ausschließlich durchgeführten Betriebsmodus (1. Gang VKM) wird der Momentfluss über das dritte Zahnrad 21 und die geschlossene (dritte) Kupplung 37 (K1) auf die erste Getriebewelle 11 um die Differenzialachse übertragen. Von dort erfolgt ein Weiterleiten auf die Planetengetriebestufe 10 und zum Differenzial 4. Die erste elektrische Maschine 3 (EM1) wird wiederum als Generator betrieben. Optional kann die zweite elektrische Maschine 23 (EM2), z.B. beim Gangwechsel, das Abtriebsmoment aufbringen sowie Lücken in der Zugkraft auffüllen. Optional kann die zweite elektrische Maschine 23 boosten.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 1 (in einem hybriden Betriebsmodus) seriell (Seriell) betreibbar. Hierzu ist die Kupplung 37 (K1) geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine 14 treibt über die feste Übersetzung, die durch das erste Zahnrad 12 und das mit diesem in Zahneingriff befindliche zweite Zahnrad 15 gebildet ist, die erste elektrische Maschine 3 (EM1) als Generator an. Über die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) kann das Kraftfahrzeug direkt angetrieben werden. Optional kann eine weitere, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte elektrische Maschine auf der Hinterachse das Kraftfahrzeug zusätzlich antreiben.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 1 (in einem rein elektrischen Betriebsmodus) rein durch die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) betreibbar (1. Gang EM2). Hierzu ist die Kupplung 37 (K1) geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine 14 steht. Optional kann eine weitere, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte elektrische Maschine auf der Hinterachse das Kraftfahrzeug zusätzlich antreiben.
  • Auch kann das Hybridgetriebe 1 zum Umsetzen eines rein elektrischen Rückwärtsgangs durch die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) angetrieben werden (Rückwärts).
  • Mit den 11 bis 15 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das, im Vergleich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel, auf die Verwendung der zweiten elektrischen Maschine 23 verzichtet.
  • In 15 sind die verschiedenen Betriebsmodi, wie sie durch das erfindungsgemäße Hybridgetriebe 1 des dritten Ausführungsbeispiels umsetzbar sind, zusammengefasst. In einem (einzigen) Gang in einem durch die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) unterstützten oder ausschließlich durchgeführten Betriebsmodus (1. Gang VKM) wird der Momentfluss über das dritte Zahnrad 21 und die geschlossene (dritte) Kupplung 37 (K1) auf die erste Getriebewelle 11 um die Differenzialachse übertragen. Von dort erfolgt ein Weiterleiten auf die Planetengetriebestufe 10 und zum Differenzial 4. Die erste elektrische Maschine 3 (EM1) wird wiederum als Generator betrieben.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 1 wiederum (in einem hybriden Betriebsmodus) seriell (Seriell) Kombination mit einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten elektrischen Hinterachsantrieb betreibbar. Dieser ist hier nicht optional, sondern fester Bestandteil des Kraftfahrzeugantriebsstrangs 2. Hierbei ist die Kupplung 37 (K1) geöffnet. Die Verbrennungskraftmaschine 14 treibt über die feste Übersetzung, die durch das erste Zahnrad 12 und das mit diesem in Zahneingriff befindliche zweite Zahnrad 15 gebildet ist, die erste elektrische Maschine 3 (EM1) als Generator an.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt, sind folgende erfindungsgemäße Merkmale umgesetzt:
    • - Dreiganggetriebe (Getriebeeinheit 5) mit Abtriebsrädern (Festräder 30, 31) auf der Differenzialachse (erste und zweite Ausgangswellen 8a, 8b)
    • - Verwendung von Stirnradsätzen (erstes Losrad 18 mit erstem Festrad 30 und zweites Losrad 19 mit zweitem Festrad 31) und Klauenkupplungen (erste Kupplung 20, zweite Kupplung 22, dritte Kupplung 37) zur Darstellung der Schaltaufgaben
    • - zugkraftunterbrechungsfreie Schaltbarkeit durch permanente Anordnung einer E-Maschine (vorzugsweise zweite elektrische Maschine 23) am Abtrieb
    • - Auffüllung von Zugkraftlücken durch diese E-Maschine
    • - weitere E-Maschine (vorzugsweise erste elektrische Maschine 3) als Generator
    • - achsparallele Anordnung der E-Maschinen und ihrer Leistungselektronik (Leistungselektronikeinheiten 36a, 36b)
    • - vorzugsweise Kombination mit einer elektrischen Hinterachse
    • - optionale eingängige Variante mit zwei E-Maschinen (Baukasten)
    • - optionale eingängige Variante mit einer E-Maschine (Baukasten)
  • 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1. Die Verbrennungskraftmaschine 14 (VKM) ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer 26 (TD) mit diesem verbunden. Ein erster Rädertrieb (zweites Zahnrad 15 zu drittem Zahnrad 21) kann das Antriebsmoment von der VKM-Achse (Ausgangswelle 13) auf eine Hohlwelle (erste Getriebewelle 11) der Differenzialachse übertragen. Anstelle der Übertragung des Antriebsmomentes (von dem zweiten Zahnrad 15 auf das dritte Zahnrad 21) durch ein Zwischenrad 10 kann dies auch über eine Kette erfolgen. Über diesen ersten Rädertrieb ist außerdem eine erste E-Maschine (erste elektrische Maschine 3; EM1) mit einer festen Übersetzung mit der VKM verbunden und dient als Generator. Über den ersten Rädertrieb ist außerdem eine Vorgelegewelle (zweite Getriebewelle 16) angetrieben, die je nach Gangwahl ein Antriebsmoment weiterleiten kann. Ein zweiter Rädertrieb (zweites Losrad 19 und zweites Festrad 31) überträgt das Drehmoment im 2. Gang. Ein dritter Rädertrieb (erstes Losrad 18 und erstes Festrad 30) überträgt das Drehmoment im 1. Gang und verbindet außerdem eine zweite elektrische Maschine 23 (EM2) über eine feste Übersetzung mit der Hohlwelle der Differenzialachse. Anstelle der Verbindung durch ein Zwischenrad 41 kann diese auch über eine Kette erfolgen. Drei Klauen-Kupplungen K1, K2 und K3 (erste Kupplung 20, zweite Kupplung 22, dritte Kupplung 37) können je nach Betriebszustand die Verbindung zu den Rädersätzen öffnen oder schließen. Ein Planetensatz (Planetengetriebestufe 10) dient der Darstellung einer festen Differenzial- oder Achsübersetzung zum Differenzial 4, über das das Antriebsmoment zu den Achsantriebswellen (Ausgangswellen 8a, 8b) geleitet wird.
  • 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 mit nur einem Gang (Baukasten mit reduzierter Elementanzahl). Ein erster Rädertrieb (zweites Zahnrad 15 zu drittem Zahnrad 21) kann das Antriebsmoment wiederum von der Ausgangswelle 13 / VKM-Achse auf die Hohlwelle der Differenzialachse übertragen. Über den ersten Rädertrieb ist außerdem die erste E-Maschine EM1 wiederum mit einer festen Übersetzung mit der VKM verbunden und dient als Generator. Die in 1 noch vorhandene Vorgelegewelle entfällt. Ein zweiter Rädertrieb (viertes Zahnrad 27 auf erstes Festrad 30 (auch als Abtriebszahnrad 39 bezeichnet) verbindet die zweite elektrische Maschine 23 (EM2) über eine feste Übersetzung mit der Hohlwelle der Differenzialachse. Eine Klauen-Kupplung K1 (Kupplung 37) kann je nach Betriebszustand die Verbindung zur Hohlwelle öffnen oder schließen. Ein Planetensatz (Planetengetriebestufe 10) dient wiederum der Darstellung einer festen Differenzial- oder Achsübersetzung zum Differenzial 4, über das das Antriebsmoment zu den Achsantriebswellen (Ausgangswellen 8a, 8b) geleitet wird.
  • 11 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 mit nur einem Gang und einer E-Maschine (erste elektrische Maschine 3; Baukasten mit reduzierter Elementanzahl).
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridgetriebe
    2
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    3
    erste elektrische Maschine
    4
    Differenzial
    5
    Getriebeeinheit
    6
    erster Rotor
    7
    erste Rotorwelle
    8a
    erste Ausgangswelle des Differenzials
    8b
    zweite Ausgangswelle des Differenzials
    9
    Eingang
    10
    Planetengetriebestufe
    11
    erste Getriebewelle
    12
    erstes Zahnrad
    13
    Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine
    14
    Verbrennungskraftmaschine
    15
    zweites Zahnrad
    16
    zweite Getriebewelle
    17a
    erste Übersetzungsstufe
    17b
    zweite Übersetzungsstufe
    17c
    dritte Übersetzungsstufe
    18
    erstes Losrad
    19
    zweites Losrad
    20
    erste Kupplung
    21
    drittes Zahnrad
    22
    zweite Kupplung
    23
    zweite elektrische Maschine
    24
    zweiter Rotor
    25
    zweite Rotorwelle
    26
    Torsionsschwingungsdämpfer
    27
    viertes Zahnrad
    28
    erste Zahnradstufe
    29
    zweite Zahnradstufe
    30
    erstes Festrad
    31
    zweites Festrad
    32
    Sonnenrad
    33
    Planetenrad
    34
    Planetenträger
    35
    Hohlrad
    36a
    erste Leistungselektronikeinheit
    36b
    zweite Leistungselektronikeinheit
    37
    dritte Kupplung
    38
    fünftes Zahnrad
    39
    Abtriebszahnrad
    40
    erstes Zwischenrad
    41
    zweites Zwischenrad

Claims (10)

  1. Modulares Hybridgetriebe (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (2), mit zumindest einer als Generator und / oder Antriebsmaschine einsetzbaren elektrischen Maschine (3), einem Differenzial (4) sowie einer zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Differenzial (4) wirkend eingesetzten Getriebeeinheit (5), wobei eine einen Rotor (6) direkt aufnehmende Rotorwelle (7) der elektrischen Maschine (3) achsparallel zu zwei Ausgangswellen (8a, 8b) des Differenzials (4) angeordnet ist sowie eine mit der Rotorwelle (7) rotatorisch koppelbare oder gekoppelte und mit einem Eingang (9) des Differenzials (4) rotatorisch über eine Planetengetriebestufe (10) gekoppelte Getriebewelle (11) der Getriebeeinheit (5) koaxial zu den Ausgangswellen (8a, 8b) des Differenzials (4) angeordnet ist.
  2. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (5) ein koaxial zu der Rotorwelle (7) angeordnetes erstes Zahnrad (12) aufweist, das in Zahneingriff mit einem mit einer Ausgangswelle (13) einer Verbrennungskraftmaschine (14) koppelbaren oder gekoppelten, zweiten Zahnrad (15) steht.
  3. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (5) neben der koaxial zu den Ausgangswellen (8a, 8b) des Differenzials (4) angeordneten ersten Getriebewelle (11) eine achsparallel zu dieser ersten Getriebewelle (11) angeordnete zweite Getriebewelle (16) aufweist, welche zweite Getriebewelle (16) über verschiedene wahlweise schaltbare Übersetzungsstufen (17a, 17b) mit der ersten Getriebewelle (11) koppelbar ist.
  4. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der zweiten Getriebewelle (16) angeordnetes erstes Losrad (18) einer ersten Übersetzungsstufe (17a) mittels einer ersten Kupplung (20) und/oder ein auf der zweiten Getriebewelle (16) angeordnetes zweites Losrad (19) einer zweiten Übersetzungsstufe (17b) wechselweise mittels der ersten Kupplung (20) oder mittels einer zweiten Kupplung (22) mit der zweiten Getriebewelle (16) koppelbar sind.
  5. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Rotorwelle (7) permanent rotatorisch gekoppeltes Zahnrad (21) der Getriebeeinheit (5) koaxial auf der mit der Planetengetriebestufe (10) gekoppelten Getriebewelle (11) sitzt und mittels einer dritten Kupplung (37) wahlweise mit dieser Getriebewelle (11) verbindbar ist.
  6. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (5) als ein Mehrganggetriebe ausgebildet ist.
  7. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei als Generator und/oder Antriebsmaschine einsetzbare elektrische Maschinen (3, 23) vorhanden sind.
  8. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Rotorwellen (7, 25) der beiden elektrische Maschinen (3, 23) achsparallel zueinander sowie zu der mit der Planetengetriebestufe (10) gekoppelten Getriebewelle (11) angeordnet sind.
  9. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrische Maschine (3) wahlweise mit der mit der Planetengetriebestufe (10) gekoppelten Getriebewelle (11) rotatorisch koppelbar ist und eine zweite elektrische Maschine (23) permanent mit der mit der Planetengetriebestufe (10) gekoppelten Getriebewelle (11) rotatorisch gekoppelt ist.
  10. Kraftfahrzeugantriebsstrang (2) mit einem Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer mit ihrer Ausgangswelle (13) mit der Getriebeeinheit (5) gekoppelten oder koppelbaren Verbrennungskraftmaschine (14).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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