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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem solchen Antriebsstrang.
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Aus der
DE 10 2011 079 975 A1 geht eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug hervor, umfassend ein Umlaufgehäuse und ein Differentialgetriebe, das als Stirnraddifferential ausgebildet ist. Im Umlaufgehäuse ist ein darin aufgenommenes erstes Stirnrad und ein darin aufgenommenes zweites Stirnrad angeordnet. Des Weiteren ist eine Planetengetriebestufe vorgesehen, die mit dem Umlaufgehäuse kinematisch gekoppelt ist und ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad aufweist, wobei die Planetenräder der Planetengetriebestufe gestuft ausgebildet sind und jeweils einen ersten Planetenstirnradabschnitt und einen gleichachsig und axial zu diesem versetzt angeordneten zweiten Planetenstirnradabschnitt bilden. Der erste Planetenstirnradabschnitt steht mit dem Sonnenrad und der zweite Planentenstirnradabschnitt mit dem Hohlrad in Eingriff, wobei die Planetenräder gemeinsam mit dem Umlaufgehäuse umlaufen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen platzsparenden Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine, ein Mehrganggetriebe und ein integrales Differential, wobei das Mehrganggetriebe wenigstens mit der Brennkraftmaschine antriebswirksam verbindbar ist und im Leistungsfluss vor dem Differential angeordnet ist, wobei das Differential mit zwei Planetenradsätzen ausgebildet ist, wobei jeder Planetenradsatz mit einer jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbunden ist, wobei das Differential und die jeweilige Abtriebswelle dazu eingerichtet sind, koaxial zu einer Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet zu sein, wobei die Brennkraftmaschine und das Mehrganggetriebe achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet sind, wobei das Mehrganggetriebe über zumindest eine erste Übersetzungsstufe mit einer ersten Eingangswelle des Differentials antriebswirksam verbunden ist, wobei mittels des ersten Planetenradsatzes ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle übertragbar ist, wobei ein Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes im zweiten Planetenradsatz derart wandelbar ist, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle übertragbar ist. Mit anderen Worten werden die Summen beider Radmomente nicht zu einem gemeinsamen Achsmoment in einem Bauteil vereint bzw. zusammengefasst. Vielmehr wird die aus der ersten Übersetzungsstufe kommende Antriebsleistung im Differential aufgeteilt und entsprechend der Ausbildung der Planetenradsätze in die Abtriebswellen weitergeleitet. Damit können die Bauteile des Differentials aufgrund des jeweiligen, vergleichsweise kleinen Drehmoments schlanker ausgebildet werden. Der Vorteil eines derartig ausgebildeten Antriebsstranges besteht zum einen darin, dass ein Achsversatz realisiert wird, um axialen Bauraum entlang der Abtriebsachse einzusparen, wobei gleichzeitig auf eine zusätzliche Zwischenwelle verzichtet werden kann. Ferner werden mittels des Differentials vorzugsweise eine Drehmomenterhöhung sowie eine Aufteilung einer Antriebsleistung realisiert. Des Weiteren erfolgt eine Gewichtseinsparung.
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Unter einem integralen Differential ist ein Differential mit zwei Planetenradsätzen zu verstehen, wobei der erste Planetenradsatz mit der ersten Eingangswelle des Differentials sowie mit dem zweiten Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist. Der erste Planetenradsatz ist mit der zweiten Abtriebswelle und der zweite Planetenradsatz ist mit der ersten Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist zumindest mittelbar an einem ortsfesten Gehäuse des Differentials oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs abgestützt. Mittels eines solchen integralen Differentials ist das Eingangsmoment der ersten Eingangswelle des Differentials wandelbar und in einem definierten Verhältnis auf die beiden Abtriebswellen aufteilbar bzw. übertragbar. Vorzugsweise wird das Eingangsmoment zu je 50%, das heißt hälftig auf die Abtriebswellen übertragen. Somit weist das Differential kein Bauteil auf, an dem die Summe der beiden Abtriebsmoment anliegt. Darüber hinaus weist das Differential bei identischen Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen keine im Block umlaufenden bzw. ohne Wälzbewegung umlaufenden Verzahnungen auf. Anders gesagt erfolgt unabhängig der Abtriebsdrehzahlen der Abtriebswellen stets eine Relativbewegung der miteinander in Zahneingriff stehenden Bauteile des jeweiligen Planetenradsatzes.
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Das Mehrganggetriebe ist dazu eingerichtet, mehrere verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Brennkraftmaschine bzw. der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine bzw. einer Eingangswelle des Mehrganggetriebes und einer Ausgangswelle des Mehrganggetriebes bereitzustellen. Die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine kann ein- oder mehrteilig mit einer Eingangswelle des Mehrganggetriebes drehfest verbunden sein. Die Ausgangswelle des Mehrganggetriebes fungiert dabei als Eingangswelle der ersten Übersetzungsstufe, die die aus der Brennkraftmaschine stammende Antriebsleistung, das heißt ein Antriebsmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl, auf die erste Eingangswelle des Differentials überträgt. Somit ist die Ausgangswelle des Mehrganggetriebes über die erste Übersetzungsstufe und das Differential mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden.
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Die Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und die Ausgangswelle des Mehrganggetriebes sind koaxial zu einer gemeinsamen Hauptachse angeordnet, die parallel zur Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs und somit quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. Die Ausgangswelle des Mehrganggetriebes ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet sein, wobei die zweite Eingangswelle des Mehrganggetriebes durch die Ausgangswelle des Mehrganggetriebes axial hindurchgeführt ist. Eine achsparallele Anordnung der Eingangs- und Ausgangswelle zueinander ist je nach vorhandenem Bauraum ebenfalls denkbar.
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Das Mehrganggetriebe ist bevorzugt als Planetengetriebe mit wenigstens zwei Planetenradsätzen ausgebildet. Anders gesagt weist das Mehrganggetriebe eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle sowie wenigstens eine Gehäuseabstützung auf, um die wirkenden Drehmomente am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs abzustützen.
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Vorzugsweise umfasst das Mehrganggetriebe wenigstens ein Schaltelement. Das Schaltelement dient dazu, ein Übersetzungsverhältnis einzustellen. Dies kann in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches manuelle und/oder in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs wenigstens teilautomatisch erfolgen. Bevorzugt ist das Schaltelement dazu eingerichtet, zwischen mindestens drei Übersetzungen zu schalten.
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Die erste Übersetzungsstufe zwischen dem Mehrganggetriebe und dem Differential kann als Kettentrieb, als Riementrieb oder als Räderkette mit mehreren in Zahneingriff stehenden Zahnrädern ausgebildet sein, um die Antriebsleistung an eine im Wesentlichen parallel zur Ausgangswelle der Brennkraftmaschine bzw. zur Eingangswelle des Mehrganggetriebes angeordnete erste Eingangswelle des Differentials zu übertragen. Durch die parallele Anordnung der jeweiligen Ausgangswelle der Brennkraftmaschine bzw. Eingangswelle des Mehrganggetriebes zur Eingangswelle des Differentials kann der Antriebsstrang in axialer Richtung, das heißt quer zur Fahrzeuglängsachse bauraumsparend ausgebildet werden, da die Brennkraftmaschine und das Mehrganggetriebe zumindest teilweise neben dem Differential angeordnet sind.
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Unter einer Wirkverbindung oder einer antriebswirksamen Verbindung ist zu verstehen, dass zwei Elemente unmittelbar, also direkt miteinander verbunden sind, oder mittelbar über mindestens ein weiteres dazwischen angeordnetes Element miteinander verbunden sind. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen weitere Wellen und/oder Zahnräder wirksam angeordnet sein. Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zudem zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.
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Das Differential ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, wobei das Differential eine Eingangswelle und zwei Abtriebswellen aufweist. Jede Abtriebswelle ist zumindest mittelbar mit wenigstens einem an der Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs befestigten Rad verbunden. Mittels des Differentials werden zum einen ein Drehmoment erhöht und zum anderen die Antriebsleistung auf die beiden Abtriebswellen übertragen.
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Die beiden Planetenradsätze des Differentials können beliebig zueinander angeordnet sein, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu realisieren. Die Planetenradsätze sind über eine Koppelwelle oder ein Koppelrad antriebswirksam miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die beiden Planetenradsätze axial nebeneinander angeordnet. Alternativ sind die beiden Planetenradsätze radial übereinander angeordnet. Jeder Planetenradsatz besteht vorzugsweise aus einem Sonnenrad, einem Hohlrad sowie einem Planetenträger mit drehbar daran angeordneten Planetenräder, wobei die Planetenräder sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad in Zahneingriff stehen. Ferner weist das Differential eine gehäusefeste Anbindung auf, um ein wirkendes Drehmoment am Gehäuse oder am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs abzustützen. Unter einer radial übereinander liegenden Anordnung ist zu verstehen, dass die Planetenradsätze im Wesentlichen gemeinsam auf einer Ebene liegen, die im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Abtriebswelle bzw. zu Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs verläuft. Da das (integrale) Differential im Leistungsfluss hinter dem Mehrganggetriebe angeordnet ist, wird das Mehrganggetriebe vergleichsweise gering belastet, denn die Drehmomenterhöhung erfolgt erst im Differential mittels der zwei darin angeordneten Planetenradsätze. Mithin kann das Mehrganggetriebe aufgrund dessen vergleichsweise kleinbauen ausgebildet werden.
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Eine der beiden Abtriebswellen ist durch das Differential und die erste Eingangswelle des Differentials hindurchgeführt. Damit ist eine der Abtriebswellen sozusagen „inline“ durch das Differential und die erste Eingangswelle des Differentials hindurchgeführt und drehbar dazu gelagert, um eine Antriebsleistung ausgehend vom Differential auf das jeweilige Rad zu übertragen. Anders gesagt erstrecken sich die Abtriebswellen ausgehend vom Differential in entgegengesetzte Richtungen. Die Hauptachse, auf der die Brennkraftmaschine und das Mehrganggetriebe vorzugsweise koaxial angeordnet sind, sowie die Abtriebsachse, auf der die erste Eingangswelle des Differentials sowie die Abtriebswellen angeordnet sind, verlaufen quer zur Fahrzeuglängsachse.
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Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang ferner mindestens eine elektrische Maschine zur Erzeugung einer elektrischen Antriebsleistung. Die jeweilige elektrische Maschine ist vorzugsweise mit einem Akkumulator verbunden, der die jeweilige elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist die jeweilige elektrische Maschine bevorzugt von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die jeweilige elektrische Maschine weist einen gehäusefesten Stator und einen drehbar dazu angeordneten Rotor mit einer Rotorwelle auf, wobei die Rotorwelle eine Antriebsleistung je nach Anordnung im Antriebsstrang direkt oder über mindestens eine Übersetzungsstufe auf den Abtrieb überträgt.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine elektrische Maschine im Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem Mehrganggetriebe angeordnet. Mithin ist die jeweilige elektrische Maschine zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine und/oder der zweiten Eingangswelle des Mehrganggetriebes verbunden.
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Vorzugsweise sind die mindestens eine elektrische Maschine und die Brennkraftmaschine gemeinsam mit einer zweiten Eingangswelle des Mehrganggetriebes antriebswirksam verbindbar oder verbunden. Mit anderen Worten ist die Brennkraftmaschine und/oder die jeweilige elektrische Maschine direkt und somit unmittelbar mit dem Abtrieb verbunden, oder es ist eine Kupplungseinheit im Leistungsfluss angeordnet, um die Brennkraftmaschine und/oder die jeweilige elektrische Maschine vom Abtrieb zu entkoppeln. Mithin kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs nur mittels der Brennkraftmaschine oder nur mittels der jeweiligen elektrischen Maschine erfolgen, wobei auch ein gemeinsamer, hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist.
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Die jeweilige elektrische Maschine kann beispielsweise koaxial zur zweiten Eingangswelle des Mehrganggetriebes angeordnet sein. Infolgedessen ist die elektrische Maschine achsparallel zur ersten Eingangswelle des Differentials sowie zur Abtriebsachse angeordnet. Bevorzugt ist die erste Übersetzungsstufe axial zwischen der Brennkraftmaschine und dem Mehrganggetriebe angeordnet, wobei die jeweilige elektrische Maschine axial zwischen der Brennkraftmaschine und der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe oder axial zwischen dem Mehrganggetriebe und der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe wirksam angeordnet sein kann. An der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe erfolgt somit eine Antriebsleistungssummation.
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Alternativ ist die jeweilige elektrische Maschine über zumindest eine zweite Übersetzungsstufe mit der zweiten Eingangswelle des Mehrganggetriebes antriebswirksam verbunden. Dadurch wird axialer Bauraum eingespart, da die Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine parallel zur zweiten Eingangswelle angeordnet werden kann und die jeweilige elektrische Maschine somit beispielsweise neben der Brennkraftmaschine oder neben dem Mehrganggetriebe angeordnet werden kann. Die jeweilige zweite Übersetzungsstufe kann analog zur jeweiligen ersten Übersetzungsstufe als Kettentrieb, als Riementrieb oder als Räderkette mit mehreren in Zahneingriff stehenden Zahnrädern ausgebildet sein, um eine Antriebsleistung an die zweite Eingangswelle des Mehrganggetriebes zu übertragen. Ferner alternativ kann die zweite Übersetzungsstufe auch als Planetengetriebe ausgebildet sein und somit als Vorübersetzung fungieren.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine elektrische Maschine im Leistungsfluss zwischen der ersten Übersetzungsstufe und dem Differential angeordnet. Dabei nutzt die jeweilige elektrische Maschine die Übersetzung des Differentials mit und benötigt somit prinzipiell keine weitere Übersetzungsstufe, sofern sie direkt auf der ersten Eingangswelle des Differentials bzw. der Ausgangswelle der jeweiligen ersten Übersetzungsstufe angeordnet ist. Die jeweilige elektrische Maschine ist somit vorzugsweise koaxial zur Eingangswelle des Differentials und/oder zur jeweiligen Abtriebswelle des Antriebsstranges angeordnet und infolgedessen parallel zur Eingangswelle des Mehrganggetriebes bzw. zur Ausgangswelle der Brennkraftmaschine bzw. zur Hauptachse ausgerichtet.
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Alternativ ist die jeweilige elektrische Maschine über zumindest eine zweite Übersetzungsstufe mit der ersten Eingangswelle des Differentials antriebswirksam verbunden. Mit anderen Worten ist die jeweilige elektrische Maschine sowohl achsparallel zur Abtriebsachse als auch achsparallel zur Hauptachse angeordnet. Dadurch wird zusätzlich axialer Bauraum eingespart, da die Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine parallel zur ersten Eingangswelle angeordnet ist und die jeweilige elektrische Maschine somit beispielsweise neben dem Differential sowie neben der Brennkraftmaschine und dem Mehrganggetriebe angeordnet werden kann. Die zweite Übersetzungsstufe kann analog zu den vorher beschriebenen Übersetzungsstufen ausgebildet sein.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass im Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und der zumindest ersten Übersetzungsstufe eine Kupplungseinheit und/oder ein Torsionsdämpfer angeordnet ist. Sofern sowohl eine Kupplungseinheit als auch ein Torsionsdämpfer vorgesehen sind, ist von Vorteil, die Kupplungseinheit vorzugsweise im Leistungsfluss hinter dem Torsionsdämpfer anzuordnen. Die Kupplungseinheit ist bevorzugt wenigstens zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand schaltbar, um die Brennkraftmaschine vom Abtrieb zu entkoppeln. Im geöffneten Zustand wird keine Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine auf die jeweilige erste Übersetzungsstufe übertragen. Jedoch überträgt die jeweilige elektrische Maschine eine Antriebsleistung zumindest mittelbar über die erste Übersetzungsstufe auf die jeweilige erste Eingangswelle des Differentials, sodass das Kraftfahrzeug zumindest temporär rein elektrisch angetrieben wird. Im geschlossenen Zustand der Kupplungseinrichtung erfolgt ein hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs, wobei sowohl die Brennkraftmaschine als auch die jeweilige elektrische Maschine eine Antriebsleistung zumindest mittelbar auf das Differential übertragen.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst wenigstens einen Antriebsstrang gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus, Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeug (Bus, Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeug z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t). Das Kraftfahrzeug umfasst wenigstens zwei Achsen, wobei wenigstens eine der Achsen, vorzugsweise alle Achsen des Kraftfahrzeugs zumindest mittelbar mit dem Antriebsstrang antriebswirksam verbunden sind. Es ist auch denkbar für jede Achse einen solchen Antriebsstrang vorzusehen. Der Antriebsstrang ist bevorzugt in Front-Quer-Bauweise verbaut, sodass die Hauptachse sowie die Abtriebsachse im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Ist wenigstens eine elektrische Maschine antriebswirksam mit der jeweiligen Abtriebswelle verbindbar oder verbunden, ist ein hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs möglich. Anders gesagt ist das Kraftfahrzeug in diesem Fall ein Hybridfahrzeug.
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Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß 1,
- 3 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer dritten Ausführungsform,
- 5 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer vierten Ausführungsform,
- 6 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer fünften Ausführungsform,
- 7 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer sechsten Ausführungsform,
- 8 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer siebten Ausführungsform,
- 9 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer achten Ausführungsform, und
- 10 eine stark schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß einer neunten Ausführungsform.
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Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit zwei Achsen 17a, 17b dargestellt, wobei an der ersten Achse 17a ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang 1a antriebswirksam angeordnet ist. Der Antriebsstrang 1a ist mit zwei Abtriebswellen 5a, 5b der ersten Achse 17 wirkverbunden, an deren Enden jeweils ein Rad 18 drehantreibbar angeschlossen ist, um das Kraftfahrzeug 1 anzutreiben. Somit bildet die erste Achse 17a eine Abtriebsachse 6. Die Achsen 17a, 17b sind quer zu einer Fahrzeuglängsachse L angeordnet.
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Gemäß 2 bis 10 umfasst der Antriebsstrang 1a eine auf einer Hauptachse 21 angeordnete Brennkraftmaschine 2 mit einer ersten Ausgangswelle 15 sowie ein Mehrganggetriebe 4 mit einer zweiten Eingangswelle 9 und einer zweiten Ausgangswelle 16. Die zweite Ausgangswelle 16 des Mehrganggetriebes 4 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei die zweite Eingangswelle 9 durch die zweite Ausgangswelle 16 hindurchgeführt ist. Die zweite Ausgangswelle 16 ist wirksam mit einer ersten Übersetzungsstufe 7 verbunden, welches eine Antriebsleistung, das heißt ein Antriebsdrehmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl, auf eine erste Eingangswelle 8 eines integralen Differentials 14 überträgt. Die erste Eingangswelle 8 ist als Hohlwelle ausgebildet und ist koaxial zu den Abtriebswellen 5a, 5b und der Abtriebsachse 6 angeordnet, wobei die zweite Abtriebswelle 5b durch die erste Eingangswelle 8 axial hindurchgeführt ist. Die Abtriebsachse 6 und die Hauptachse 21 sind somit quer zur Fahrzeuglängsachse L angeordnet.
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Nach 2 bis 10, mit Ausnahme von 4, ist die erste Übersetzungsstufe 7 als Kettentrieb ausgebildet, bestehend aus einem drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 16 verbundenen ersten Zahnrad 23 und einem drehfest mit der ersten Eingangswelle 8 verbundenen zweiten Zahnrad 24, wobei die beiden Zahnräder 23, 24 über eine erste Kette 22 miteinander antriebswirksam verbunden sind. Nach 4 ist die erste Übersetzungsstufe 7 als Stirnradpaar ausgebildet, wobei das erste Zahnrad 23 mit dem zweiten Zahnrad 24 direkt in Zahneingriff steht. Die erste Übersetzungsstufe 7 kann ein 1:1 -Verhältnis aufweisen, wobei auch ein nahezu beliebiges Übersetzungsverhältnis bereitgestellt werden kann, das in das Differential 14 eingeleitet wird.
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Im Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Mehrganggetriebe 4 ist ein Torsionsdämpfer 11 angeordnet, wobei mittels des Torsionsdämpfers 11 sowohl Drehmomentspitzen der Brennkraftmaschine 2 als auch Laufunruhen der Ausgangswelle 15 der Brennkraftmaschine 2 abgefangen werden.
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Nach 2 bis 5 wird die Antriebsleistung ausschließlich mittels der Brennkraftmaschine 2 erzeugt und gemäß den Ausführungsbeispielen auf die Räder 18 übertragen. Gemäß 6 bis 10 umfasst der Antriebsstrang 1a ferner eine elektrische Maschine 3 zur Erzeugung einer elektrischen Antriebsleistung, wobei die elektrische Maschine 3 in den Ausführungsbeispielen nach 6 bis 10 unterschiedlich im Antriebsstrang 1a wirksam angeordnet ist.
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Die elektrische Maschine 3 wird durch einen - hier nicht gezeigten - Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt, welcher wirksam mit einem gehäusefesten Stator 19 verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine 3 mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung verbunden. Durch Bestromung des Stators 19 wird ein drehbar dazu angeordneter Rotor 20, welcher wiederum drehfest mit einer Rotorwelle 20a verbunden ist, in eine Drehbewegung relativ zum Stator 19 versetzt. Die Anordnung der elektrischen Maschine wird in den entsprechenden Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Damit können die mechanische und elektrische Leistung der Brennkraftmaschine 2 bzw. der elektrischen Maschine 3 parallel und somit hybridisiert für den Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 genutzt werden. Alternativ kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 zumindest temporär ausschließlich elektrisch erfolgen.
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Dazu weist der Antriebsstrang 1a gemäß 6 bis 10 eine Kupplungseinheit 10 auf, die im Leistungsfluss hinter dem Torsionsdämpfer 11 sowie vor der elektrischen Maschine 3 sowie dem Mehrganggetriebe 4 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 2 ist je nach Betriebszustand des Antriebsstranges 1a bzw. der momentanen Fahrsituation des Kraftfahrzeugs 1 über die Kupplungseinheit 10 vom Abtrieb entkoppelbar, sodass das Kraftfahrzeug 1 situations- und/oder betriebszustandsabhängig wenigstens temporär rein elektrisch antreibbar ist.
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Das Mehrganggetriebe 4 ist vorliegend als Planetengetriebe ausgebildet, das je nach Anforderung zwei oder mehr - hier nicht dargestellte - Planetenradsätze aufweisen kann. Ferner umfasst das Mehrganggetriebe 4 mehrere - hier nicht gezeigte - Schaltelemente, um situations- und/oder betriebszustandsabhängig zwischen zwei oder mehr Übersetzungsverhältnissen beliebig zu schalten. Ferner ist das Mehrganggetriebe 4 ebenso wie das Differential 14 an einem Gehäuse 30 des Kraftfahrzeugs 1 abgestützt.
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Das Differential 14 ist als integrales Differential mit zwei Planetenradsätzen 13a, 13b ausgebildet, wobei die beiden Planetenradsätze 13a, 13b je nach Anforderung an das Differential 14, insbesondere an die zu realisierende Übersetzung des Differentials 14 entweder axial nebeneinander oder radial übereinander angeordnet sind. Mittels des ersten Planetenradsatzes ist 13a ein erstes Abtriebsmoment auf die zweite Abtriebswelle 5b übertragbar. Ein dem ersten Abtriebsmoment entgegengesetzt wirkendes Abstützmoment des ersten Planetenradsatzes 13a wird auf den zweiten Planetenradsatz 13b übertragen und ist im zweiten Planetenradsatz 13b derart wandelbar, dass ein dem ersten Abtriebsmoment entsprechendes zweites Abtriebsmoment auf die erste Abtriebswelle 5a übertragbar ist. Mithin ist das Differential 14 als Planetengetriebe ausgebildet.
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Das Differential 14 ist über dessen Eingangswelle 8 mit der ersten Übersetzungsstufe 7 wirksam verbunden. Der Abtrieb am integralen Differential 14 erfolgt über die zwei Abtriebswellen 5a, 5b. Mit anderen Worten wird mittels des Differentials 14 eine Antriebsleistung auf zwei Abtriebswellen 5a, 5b aufgeteilt. Vorliegend erstreckt sich die erste Abtriebswelle 5a vom Antriebsstrang 1a weg und die zweite Abtriebswelle 5b ist zur axial gegenüberliegenden Seite des Antriebsstrangs 1a durch das Differential 14 und die erste Eingangswelle 8 des Differentials 14 hindurchgeführt. Indem das Differential 14, welches das Drehmoment erhöht, erst am Ende des Antriebsstranges 1a angeordnet ist, können die im Leistungsfluss davor angeordneten Bauteile vergleichsweise klein und schlank ausgebildet werden, wodurch die Herstellung kostengünstiger gestaltet wird und das Gesamtgewicht des Antriebsstranges 1a reduziert wird.
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Die Abtriebswellen 5a, 5b, das Differential 14 und dessen Eingangswelle 8 sind koaxial zur Abtriebsachse 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, wobei die Brennkraftmaschine 2 und das Mehrganggetriebe 4 achsparallel zur Abtriebsachse 6 auf der Hauptachse 21 angeordnet ist. Somit wird axialer Bauraum des Antriebsstranges 1a eingespart, und zwar insbesondere dadurch, dass die Brennkraftmaschine 2 zusammen mit dem Mehrganggetriebe 4 und das Differential 14 zumindest teilweise nebeneinander angeordnet sind.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 sind die beiden Planetenradsätze 13a, 13b des Differentials 14 radial übereinander angeordnet, um zusätzlich axialen Bauraum auf der Abtriebsachse 6 zu sparen. Anders gesagt liegen die Planetenradsätze 13a, 13b in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Abtriebswellen 5a, 5b bzw. zur Abtriebsachse 6. Mithin ist das Differential 14 vorliegend in radial geschachtelter Bauweise ausgeführt.
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Die erste Eingangswelle 8 des Differentials 14 ist drehfest mit einem ersten Sonnenrad 25a des ersten Planetenradsatzes 13a verbunden. Die Leistungsübertragung vom ersten Planetenradsatz 13a auf den zweiten Planetenradsatz 13b erfolgt über eine Koppelwelle 27, die einerseits drehfest mit dem ersten Hohlrad 26a des ersten Planetenradsatzes 13a und andererseits drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 25b des zweiten Planetenradsatzes 13b verbunden ist. Mithin sind die Koppelwelle 27, das erste Hohlrad 26a und das zweite Sonnenrad 25b einteilig miteinander verbunden. Räumlich zwischen dem ersten Sonnenrad 25a und dem ersten Hohlrad 26a sind eine Mehrzahl von ersten Planetenrädern 28a angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem drehbar gelagerten ersten Planetenträger 29a angeordnet sind. Ferner sind auf der gleichen sich radial erstreckenden Ebene und radial außerhalb des ersten Planetenradsatzes 13a räumlich zwischen dem zweiten Sonnenrad 25b und einem zweiten Hohlrad 26b des zweiten Planetenradsatzes 13b eine Mehrzahl von zweiten Planetenrädern 28b angeordnet, die vorliegend drehbar auf einem gehäusefesten zweiten Planetenträger 29b angeordnet sind. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 5a erfolgt über das drehfest damit verbundene zweite Hohlrad 26b, wohingegen der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 5b über den drehfest damit verbundenen ersten Planetenträger 29a erfolgt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist im Wesentlichen identisch zum ersten Ausführungsbeispiel nach 2 ausgeführt. Der wesentliche Unterschied besteht vorliegend darin, dass die beiden Planetenradsätze 13a, 13b des Differentials 4b axial benachbart zueinander angeordnet sind.
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Die erste Eingangswelle 8 ist vorliegend drehfest mit dem ersten Sonnenrad 25a des ersten Planetenradsatzes 13a verbunden. Die Leistungsübertragung vom ersten Planetenradsatz 13a auf den zweiten Planetenradsatz 13b erfolgt über die Koppelwelle 27, die einerseits drehfest mit dem ersten Hohlrad 26a des ersten Planetenradsatzes 13a und andererseits drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 25b des zweiten Planetenradsatzes 13b verbunden ist. Die gehäusefeste Anbindung erfolgt über den zweiten Planetenträger 29b, welcher somit drehfest angeordnet ist. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 5a erfolgt über das drehfest damit verbundene zweite Hohlrad 26b, wohingegen der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 5b über den drehfest damit verbundenen ersten Planetenträger 29a erfolgt.
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Mittels eines derartig ausgebildeten Differentials 4b gemäß den Ausführungsformen nach 2 und 3 sind Übersetzungen zwischen i = 5 und i = 10 realisierbar.
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Das dritte Ausführungsbeispiel nach 4 ist im Wesentlichen identisch zum zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 ausgeführt. Ein wesentlicher Unterschied besteht in der unterschiedlichen Ausbildung und Anordnung der beiden Planetenradsätze 13a, 13b des Differentials 14.
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Die erste Eingangswelle 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit dem ersten Sonnenrad 25a des ersten Planetenradsatzes 13a verbunden. Die Leistungsübertragung vom ersten Planetenradsatz 13a auf den zweiten Planetenradsatz 13b erfolgt über die Koppelwelle 27, die einerseits drehfest mit dem ersten Planetenträger 29a des ersten Planetenradsatzes 13a sowie andererseits drehfest mit dem zweiten Hohlrad 26b des zweiten Planetenradsatzes 13b verbunden ist. Die gehäusefeste Anbindung erfolgt über den zweiten Planetenträger 29b, welcher somit drehfest angeordnet ist. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 5a erfolgt über das drehfest damit verbundene zweite Sonnenrad 25b, wohingegen der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 5b über das drehfest damit verbundenen erste Hohlrad 26a erfolgt. Mittels eines derartig ausgebildeten Differentials 14 sind Übersetzungen zwischen i = -3 und i = -8 realisierbar.
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Das vorliegende Differential 14 weist eine Drehrichtungsumkehr zwischen der ersten Eingangswelle 8 und den Abtriebswellen 5a, 5b auf. Daher besteht ein weiterer Unterschied zur Ausführungsform nach 2 darin, dass die erste Übersetzungsstufe 7, wie bereits zuvor beschrieben, zwei miteinander in Zahneingriff stehende Zahnräder 23, 24 aufweist, um eine zweite Drehrichtungsumkehr zu realisieren, die die erste Drehrichtungsumkehr des Differentials 14 eliminiert bzw. ausgleicht. Die erste Übersetzungsstufe 7 ist somit vorliegend als Stirnradstufe ausgebildet, wodurch die besagte Drehrichtungsumkehr realisiert wird. Alternativ dazu kann die erste Übersetzungsstufe 7 eine Räderkette mit einer ungeraden Anzahl an Eingriffen vorsehen, um die Antriebsleistung auf das Differential 14 zu übertragen und eine Drehrichtungsumkehr zu realisieren.
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Das in 5 gezeigte vierte Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch zum Ausführungsbeispiel nach 3 ausgebildet, wobei der wesentliche Unterschied in der alternativen Ausgestaltung des integralen Differentials 14 besteht. Mittels des vorliegenden Differentials 14 sind Übersetzungen zwischen i = 2,5 und i = 3,5 realisierbar.
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Vorliegend ist die erste Eingangswelle 8 drehfest mit dem ersten Hohlrad 26a des ersten Planetenradsatzes 13a verbunden. Die Leistungsübertragung vom ersten Planetenradsatz 13a auf den zweiten Planetenradsatz 13b erfolgt über die Koppelwelle 27, die einerseits drehfest mit dem ersten Sonnenrad 26a und andererseits drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 25b verbunden ist. Die gehäusefeste Anbindung des Differentials 4b erfolgt über den zweiten Planetenträger 29b, welcher somit drehfest angeordnet ist. Der erste Abtrieb auf die erste Abtriebswelle 5a erfolgt über das drehfest damit verbundene zweite Hohlrad 26b, wohingegen der zweite Abtrieb auf die zweite Abtriebswelle 5b über den drehfest damit verbundenen ersten Planetenträger 29a erfolgt.
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Nach einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß 6 sind die elektrische Maschine 3 und die Brennkraftmaschine 2 zusammen mit dem Mehrganggetriebe 4 gemeinsam und somit koaxial auf einer Hauptachse 21 angeordnet, wobei die Rotorwelle 20a der elektrischen Maschine 3 drehfest mit der zweiten Eingangswelle 9 des Mehrganggetriebes 4 verbunden ist. Die Kupplungseinheit 10 ist im Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 angeordnet, wobei die elektrische Maschine 3 im Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Mehrganggetriebe 4 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 2 ist je nach gewünschtem Betriebszustand über die Kupplungseinheit 10 mit der zweiten Eingangswelle 9 antriebswirksam verbindbar oder von der zweiten Eingangswelle 9 entkoppelbar. Der Antriebsstrang 1a und insbesondere das Differential 14 ist im Übrigen identisch zur ersten Ausführungsform nach 2 ausgebildet.
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7 bis 9 zeigen weitere Anbindungsmöglichkeiten der elektrischen Maschine 3 an die zweite Eingangswelle 9 des Mehrganggetriebes, wobei die elektrische Maschine 3 über eine zweite Übersetzungsstufe 12 mit der zweiten Eingangswelle 9 antriebswirksam verbunden ist.
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Nach 7 ist die zweite Übersetzungsstufe 12 als Planetengetriebe mit einem Planetenradsatz ausgebildet, um eine Antriebsleistung schon mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis auf die zweite Eingangswelle 9 zu übertragen. Das Planetengetriebe kann auch mit zwei oder mehr Planetenradsätzen ausgebildet sein.
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Der Rotor 20 der elektrischen Maschine 3 ist mit einem dritten Hohlrad 26c der zweiten Übersetzungsstufe 12 drehfest verbunden, wobei die Antriebsleistungsübertragung auf die Rotorwelle 20a bzw. die zweite Eingangswelle 9 über einen drehfest damit verbundenen dritten Planetenträger 29c erfolgt, auf dem eine Mehrzahl von dritten Planetenrädern 28c drehbar angeordnet sind. Die dritten Planetenräder 28c stehen sowohl mit dem dritten Hohlrad 26c als auch mit einem dritten Sonnenrad 25c in Zahneingriff und sind räumlich dazwischen angeordnet, wobei das dritte Sonnenrad 25c gehäusefest angeordnet ist. Damit ist mittels der zweiten Übersetzungsstufe 12a eine Vorübersetzung zwischen i = 1,5 und i = 1,7 realisierbar. Im Übrigen ist der Antriebsstrang 1a analog zu 6 ausgebildet. In den Ausführungsbeispielen nach 6 und 7 ist die elektrische Maschine 3 koaxial zur Hauptachse 21 angeordnet.
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8 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs 1a, welches im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach 7 ausgeführt ist. Der wesentliche Unterschied besteht vorliegend darin, dass die elektrische Maschine 3 achsparallel zur Hauptachse 21 angeordnet und mittels der zweiten Übersetzungsstufe 12 mit der zweiten Eingangswelle 9 wirkverbunden ist. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle 20a der elektrischen Maschine 3 achsparallel zur Hauptachse 21 sowie zur Abtriebsachse 6 angeordnet, wobei lediglich aus Übersichtlichkeitsgründen die genannten parallelen Achsen radial übereinander liegen. In der Praxis ist denkbar, sowohl die Rotorwelle 20a als auch die Abtriebsachse 6 mit gleichem oder nahezu gleichem Abstand parallel zur Hauptachse 21 anzuordnen. Dadurch wird zusätzlich axialer und radialer Bauraum eingespart, da die elektrische Maschine 3 im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen nicht axial benachbart zur Brennkraftmaschine 2, zur ersten Übersetzungsstufe 7 und zum Mehrganggetriebe 4 angeordnet ist, sondern vielmehr seitlich daneben.
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Die zweite Übersetzungsstufe 12 ist vorliegend analog zur ersten Übersetzungsstufe 7 als Kettentrieb ausgebildet, wobei ein drehfest mit der zweiten Eingangswelle 9 verbundenes drittes Zahnrad 31 über eine Kette 33 mit einem drehfest mit der Rotorwelle 20a verbundenen vierten Zahnrad 32 antriebswirksam verbunden ist. Anders gesagt ist die Rotorwelle 20a vorliegend als Eingangswelle der zweiten Übersetzungsstufe 12b ausgebildet.
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Nach 9 ist die zweite Übersetzungsstufe 12 im Gegensatz zur Ausführungsform nach 8 als Stirnradstufe ausgebildet. Die zweite Übersetzungsstufe 12 weist ein drehfest mit der zweiten Eingangswelle 9 verbundenes drittes Zahnrad 31 sowie ein drehfest mit der Rotorwelle 20a verbundenes viertes Zahnrad 32 auf. Das dritte und vierte Zahnrad 31, 32 stehen mit einem auf einer Zwischenwelle 34 angeordneten fünften Zahnrad 35 in Zahneingriff. Die übrige Ausbildung des Antriebsstranges 1a erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel nach 8.
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10 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs 1a, welches im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach 6 ausgeführt ist. Der wesentliche Unterschied besteht vorliegend darin, dass die elektrische Maschine 3 im Leistungsfluss zwischen der ersten Übersetzungsstufe 7 und dem Differential 34, das heißt antriebswirksam an der ersten Eingangswelle 8 des Differentials 14 angeordnet ist. Die Rotorwelle 20a ist einteilig mit der ersten Eingangswelle 8 verbunden, sodass die elektrische Maschine 3 koaxial zur ersten Eingangswelle 8 des Differentials 14 angeordnet ist. Der Vorteil besteht in diesem Fall darin, dass die elektrische Maschine 3 die integrierte Übersetzung des Differentials 14 mitnutzen kann. Es ist denkbar, die elektrische Maschine 3 analog zu den Ausführungsbeispielen nach 8 oder 9 über eine zweite Übersetzungsstufe 12 mit der ersten Eingangswelle 8 zu verbinden, wodurch axialer Bauraum auf der Abtriebsachse 6 eingespart wird. Die übrige Ausbildung des Antriebsstranges 1a erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel nach 8.
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Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf die vorliegend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind die Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombinierbar. So kann beispielsweise die erste Übersetzungsstufe 7 und/oder die jeweilige zweite Übersetzungsstufe 12 beliebig als Stirnradstufe, Ketten- und/oder Riementrieb ausgebildet werden. Ferner können die Planetenradsätze 13a, 13b beliebig ausgebildet und antriebswirksam miteinander verbunden werden, um insbesondere ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis einzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 1 a
- Antriebsstrang
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Elektrische Maschine
- 4
- Mehrganggetriebe
- 5a
- Erste Abtriebswelle
- 5b
- Zweite Abtriebswelle
- 6
- Abtriebsachse
- 7
- Erste Übersetzungsstufe
- 8
- Erste Eingangswelle des Differentials
- 9
- Zweite Eingangswelle des Mehrganggetriebes
- 10
- Kupplungseinheit
- 11
- Torsionsdämpfer
- 12
- Zweite Übersetzungsstufe an der Eingangswelle des Mehrganggetriebes
- 13a
- Erster Planetenradsatz
- 13b
- Zweiter Planetenradsatz
- 14
- Differential
- 15
- Erste Ausgangswelle der Brennkraftmaschine
- 16
- Zweite Ausgangswelle des Mehrganggetriebes
- 17a
- Erste Achse
- 17b
- Zweite Achse
- 18
- Rad
- 19
- Stator
- 20
- Rotor
- 20a
- Rotorwelle
- 21
- Hauptachse
- 22
- Erste Kette
- 23
- Erstes Zahnrad
- 24
- Zweites Zahnrad
- 25a
- Erstes Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- 25b
- Zweites Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 25c
- Drittes Sonnenrad der zweiten Übersetzungsstufe
- 26a
- Erstes Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- 26b
- Zweites Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- 26c
- Drittes Hohlrad der zweiten Übersetzungsstufe
- 27
- Koppelwelle
- 28a
- Erstes Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- 28b
- Zweites Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- 28c
- Drittes Planetenrad der zweiten Übersetzungsstufe
- 29a
- Erster Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
- 29b
- Zweiter Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
- 29c
- Dritter Planetenträger der zweiten Übersetzungsstufe
- 30
- Gehäuse
- 31
- Drittes Zahnrad
- 32
- Viertes Zahnrad
- 33
- Zweite Kette
- 34
- Zwischenwelle
- 35
- Fünftes Zahnrad
- L
- Fahrzeuglängsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011079975 A1 [0002]
