DE102021207388A1 - Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Fabian Kutter
Johannes Kaltenbach
Matthias Horn
Michael Wechs
Thomas Martin
Max Bachmann
Thomas Kroh
Martin Brehmer
Peter Ziemer
Juri Pawlakowitsch
Ingo Pfannkuchen
Oliver BAYER
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Abstract

Hybrid-Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Teilgetriebe (3, 4) und eine Kupplungseinrichtung (8), die dazu ausgebildet ist, die beiden Teilgetriebe (3, 4) miteinander zu koppeln, wobei das erste Teilgetriebe (3) über eine erste Antriebswelle (16) mit einem Verbrennungsmotor (5) verbindbar oder verbunden ist und das zweite Teilgetriebe (4)) über eine zweite Antriebswelle (25) mit einer elektrischen Maschine (6) verbindbar oder verbunden ist, wobei das erste Teilgetriebe (3) eine Getriebebremse (7) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahl der ersten Antriebswelle (16) des ersten Teilgetriebes (3) zu verändern.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Teilgetriebe und eine Kupplungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die beiden Teilgetriebe miteinander zu koppeln, wobei das erste Teilgetriebe über eine erste Antriebswelle mit einem Verbrennungsmotor verbindbar oder verbunden ist und das zweite Teilgetriebe über eine zweite Antriebswelle mit einer elektrischen Maschine verbindbar oder verbunden ist.
  • Hybrid-Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Diese weisen neben einem Verbrennungsmotor wenigstens eine elektrische Maschine auf, sodass das Kraftfahrzeug wahlweise von dem Verbrennungsmotor oder der elektrischen Maschine oder einer Kombination von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine betrieben werden kann.
  • Hierbei ist ferner bekannt, dass bei Schaltvorgängen eines Teilgetriebes, das dem Verbrennungsmotor zugeordnet ist bzw. einem Teil der Getriebeeinrichtung, der sowohl der elektrischen Maschine als auch dem Verbrennungsmotor zugeordnet ist, die Zugkraft während des Schaltvorgangs durch die elektrische Maschine aufgebracht werden kann. Dieser Vorgang wird auch als „Zugkraftunterstützung“ bezeichnet bzw. sind Schaltvorgänge, in denen die elektrische Maschine Drehmoment aufbringt, während der Verbrennungsmotor für den Schaltvorgang von dem Rest des Antriebsstrangs getrennt ist und daher kein Drehmoment aufbringen kann, als „zugkraftunterstützt“ bzw. „zugkraftgestützt“ bezeichnet. Eine weitere Verwendung der elektrischen Maschine kann darin bestehen, die Synchronisierung verschiedener Schalteinrichtungen bzw. Schaltelemente, beispielsweise formschlüssiger Schaltelemente, in dem Antriebsstrang auszuführen. Werden beispielsweise Klauenschaltelemente verwendet, ist eine Synchronisierung erforderlich, um diese in Eingriff zu bringen bzw. zu schalten.
  • Wird die elektrische Maschine allerdings zur Stützung des Schaltvorgangs verwendet, ist es nicht oder nur eingeschränkt möglich, bei der Ankopplung des Verbrennungsmotors in einem Schaltvorgang eine Synchronisierung mittels der elektrischen Maschine durchzuführen, da diese Drehmoment für den Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Ist eine Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors erforderlich, um eine Synchronisierung durchzuführen, kann die Synchronisierung gegebenenfalls mit dem Verbrennungsmotor selbst erreicht werden. Problematisch sind Drehzahlanpassungen des Verbrennungsmotors „nach unten“, also derart, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors und der zu synchronisierenden Schalteinrichtung reduziert werden muss, um eine Synchronisierung durchzuführen. Wird die elektrische Maschinen in einem solchen Schaltvorgang für die Zugkraftunterstützung verwendet, können geforderte Schaltzeiten zumeist nicht eingehalten werden bzw. muss eine anderweitige Synchronisierung vorgesehen sein.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Hybrid-Antriebsstrang bereitzustellen, bei dem insbesondere die Synchronisierung verbessert ist.
  • Wie beschrieben, betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, der zwei Teilgetriebe und eine Kupplungseinrichtung umfasst, wobei die Kupplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die beiden Teilgetriebe miteinander zu koppeln. Das erste Teilgetriebe ist über eine erste Antriebswelle mit einem Verbrennungsmotor verbindbar oder verbunden, beispielsweise über eine Trennkupplung (K0). Das zweite Teilgetriebe ist über eine zweite Antriebswelle mit einer elektrischen Maschine verbindbar oder verbunden. Hierbei kann insbesondere der Verbrennungsmotor, beispielsweise über eine Trennkupplung (K0), mit dem ersten Teilgetriebe verbunden sein. Die elektrische Maschine kann insbesondere an dem zweiten Teilgetriebe angebunden sein, beispielsweise mit einem Abtriebselement in Eingriff mit einem Zahnrad, das Bestandteil des zweiten Teilgetriebes ist, stehen. Die Teilgetriebe weisen beide wenigstens ein Zahnrad auf, um eine Gangstufe zu realisieren. Die Zahnräder für die Realisierung der einzelnen Gangstufen können beispielsweise auf die beiden Teilgetriebe verteilt sein.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das erste Teilgetriebe eine Getriebebremse aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahl des über eine erste Antriebswelle des ersten Teilgetriebes zu verändern. Demnach ist vorgesehen, die Getriebebremse, die dem ersten Teilgetriebe zugeordnet bzw. in diesem angeordnet ist, zur Synchronisierung des Verbrennungsmotors zu verwenden. Insbesondere in Situationen, in denen die Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. die Drehzahl einer Schalteinrichtung in dem ersten Teilgetriebe für die Synchronisierung reduziert werden muss, kann eine entsprechende Kopplung mit der Getriebebremse durchgeführt werden, sodass diese die Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. an der Schalteinrichtung reduziert. Daher ist es nicht erforderlich, eine weitere Synchronisierungseinrichtung vorzusehen um die Synchronisierung durchzuführen bzw. die Zugkraftunterstützung seitens der elektrischen Maschine zu beeinträchtigen. Die elektrische Maschine kann ausschließlich dafür verwendet werden, die Zugkraftunterstützung auszuführen, wobei die Synchronisierung der Schalteinrichtungen, die für Schaltvorgänge des Verbrennungsmotors erforderlich sind, ausschließlich über den Verbrennungsmotor und die Getriebebremse selbst durchgeführt werden können.
  • Dazu kann die Getriebebremse das erste Teilgetriebe mit dem Getriebegehäuse koppeln bzw. in einen teilgeschlossener Zustand versetzen, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors und des daran gekoppelten Teils des ersten Teilgetriebes derart anzupassen, dass eine Schalteinrichtung im ersten Teilgetriebe synchronisiert werden kann. Die Getriebebremse kann dabei beispielsweise als Lamellenbremse oder als Bandbremse ausgeführt sein, sodass diese in einen Teil geschlossenen Zustand bzw. Rutschzustand versetzt werden kann, dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. des ersten Teilgetriebes gezielt abgebremst werden kann.
  • Das erste und das zweite Teilgetriebe können jeweils wenigstens eine Schalteinrichtung aufweisen, wobei die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Schalteinrichtung in dem zweiten Teilgetriebe zu synchronisieren und der Verbrennungsmotor und die Getriebebremse dazu ausgebildet sind, die wenigstens eine Schalteinrichtung in dem ersten Teilgetriebe zu synchronisieren. Wie beschrieben, kann die elektrische Maschine insbesondere dazu verwendet werden, die Zugkraft bei einem Schaltvorgang des Verbrennungsmotors bzw. des ersten Teilgetriebes zu stützen. Hierbei kann, je nach Kupplungszustand, eine Synchronisierung des Getriebes durchgeführt werden, wobei das erste Teilgetriebe mit dem zweiten Teilgetriebe über die Kupplungseinrichtung gekoppelt werden kann. Die einzelnen Schalteinrichtungen, die sich in dem ersten Teilgetriebe bzw. dem zweiten Teilgetriebe befinden, können somit wahlweise durch den Verbrennungsmotor, die Getriebebremse oder die elektrische Maschine synchronisiert werden. Insbesondere kann dabei eine Schalteinrichtung, die in dem ersten Teilgetriebe angeordnet ist, durch den Verbrennungsmotor und die Getriebebremse synchronisiert werden. Ist eine Schalteinrichtung dem zweiten Teilgetriebe angeordnet, kann eine Synchronisierung über die elektrische Maschine durchgeführt werden. Die beiden Teilgetriebe können ebenfalls über die Kupplungseinrichtung miteinander gekoppelt werden, sodass sich entsprechende Kombinationen ergeben bzw. die Kupplungseinrichtung in einzelnen Fahrzuständen und zur Realisierung verschiedener Gangstufen geöffnet oder geschlossen werden kann.
  • Nach einer Ausgestaltung des Hybridantriebsstrangs kann vorgesehen sein, dass die Getriebevorrichtung des Hybridantriebsstrangs, die das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe umfasst, eine Vorgelegewelle aufweist. Hierbei können die elektrische Maschine und die Getriebebremse mit der ersten bzw. zweiten Antriebswelle koppelbar oder gekoppelt sein und die Vorgelegewelle kann achsparallel zu einer Hauptachse des Hybrid-Antriebsstrangs verlaufen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Hybrid-Antriebsstrang genau eine Vorgelegewelle aufweist. Die Vorgelegewelle verläuft dabei beispielsweise achsparallel zu der Anordnung des Verbrennungsmotors, zum Beispiel einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, wobei die erste und zweite Antriebswelle dazu ebenfalls achsparallel verläuft. Die erste und zweite Antriebswelle können auf der Hauptachse des Hybrid-Antriebsstrang angeordnet sein, wobei die Vorgelegewelle dazu parallel verläuft. Die Anordnung der elektrischen Maschine, insbesondere in Bezug auf deren Rotorachse, kann ebenfalls achsparallel zu der Vorgelegewelle und der ersten und zweiten Antriebswelle gewählt werden.
  • Die Vorgelegewelle kann jeweils wenigstens eine Schalteinrichtung des ersten Teilgetriebes und des zweiten Teilgetriebes tragen, wobei die Getriebebremse und die elektrische Maschine auf der ersten bzw. zweiten Antriebswelle angekoppelt sind oder angekoppelt werden können. Dabei sind unterschiedliche Mechanismen für die Kopplung der Getriebebremse und der elektrischen Maschine an die erste bzw. zweite Antriebswelle möglich. Grundsätzlich können die Schalteinrichtungen beliebig auf der ersten und zweiten Antriebswelle oder auf der Vorgelegewelle angeordnet sein, beispielsweise kann ein schaltbares Losrad auf der ersten oder zweiten Antriebswelle und ein damit kämmendes Festrad auf der Vorgelegewelle angeordnet sein und umgekehrt.
  • Die Getriebebremse kann, insbesondere mittels eines Zwischenrads, mit einem Festrad des ersten Teilgetriebes auf der ersten Antriebswelle gekoppelt sein. Hierbei kann das Festrad des ersten Teilgetriebes beispielsweise einem höchsten Gang des ersten Teilgetriebes zugeordnet sein, d.h. einem Gang mit der längsten Übersetzung.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die erste Antriebswelle dem ersten Teilgetriebe und die zweite Antriebswelle dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet ist. Wie beschrieben, kann die Kupplungseinrichtung dazu verwendet werden, das erste Teilgetriebe mit dem zweiten Teilgetriebe zu verbinden bzw. die beiden Teilgetriebe zu koppeln und die Kopplung entsprechend des Betriebszustands der Kupplungseinrichtung zu lösen.
  • Durch die Aufteilung des ersten Teilgetriebes auf die erste Antriebswelle und des zweiten Teilgetriebes auf die zweite Antriebswelle kann letztlich durch den Schaltzustand der Kupplungseinrichtung eine Verbindung der beiden Teilgetriebe miteinander hergestellt werden, sodass diese zum Beispiel getrennt voneinander synchronisiert bzw. betrieben werden können, wenn die Kupplungseinrichtung geöffnet ist und die Verbindung hergestellt werden kann, wenn die Kupplungseinrichtung geschlossen ist. Dadurch ergeben sich mehrere Kombinationen von möglichen Betriebszuständen, insbesondere bei der Synchronisierung der einzelnen Schalteinrichtungen. Die erste Antriebswelle kann in Axialrichtung gesehen vor der zweiten Antriebswelle im Hybrid-Antriebsstrang angeordnet sein, d.h. dass die erste Antriebswelle antriebsseitig und die zweite Antriebswelle abtriebsseitig angeordnet sein kann. Eine umgekehrte Anordnung ist ebenfalls möglich. Die Begriffe „erste“ und „zweite“ sind änderbar bzw. austauschbar.
  • Die elektrische Maschine kann nach einer weiteren Ausgestaltung an einem Festrad der zweiten Antriebswelle angeordnet sein, wobei die zweite Antriebswelle als eine die erste Antriebswelle umgreifende Hohlwelle ausgeführt sein kann. Wie beschrieben, kann die Kopplung der elektrischen Maschine an das zweite Teilgetriebe auch über eine Zwischenwelle bzw. ein Zwischenrad erfolgen. Hierbei kann in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die zweite Antriebswelle genau ein Losrad aufweist. Zum Beispiel kann der beschriebene Hybrid-Antriebsstrang genau fünf Schaltelemente, genau eine Kupplungseinrichtung und gegebenenfalls eine zusätzliche Trennkupplung aufweisen. Dadurch lassen sich zum Beispiel genau fünf verbrennungsmotorische Gänge bzw. Fahrstufen und wahlweise zwei oder drei elektrische Vorwärtsgänge realisieren. Die konkrete Ausgestaltung des Hybrid-Antriebsstrangs in Bezug auf die Anzahl der Schalteinrichtungen und somit die Anzahl der verbrennungsmotorischen und elektrischen Gänge kann auf den konkreten Anwendungsfall angepasst werden, indem die entsprechenden Gangstufen, beispielsweise in Form von Losrädern, Festrädern und Schalteinrichtungen bereitgestellt werden.
  • Der Hybrid-Antriebsstrang kann ferner eine Trennkupplung aufweisen, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem ersten Teilgetriebe, insbesondere der ersten Antriebswelle, angeordnet und dazu ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor von der ersten Antriebswelle zu trennen. Die Trennkupplung, die auch als „K0-Kupplung“ bezeichnet werden kann, ist hierbei als reibschlüssige Kupplungseinrichtung ausgeführt. Die zusätzliche Trennkupplung bietet somit den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor vollständig von der Getriebevorrichtung des Hybrid-Antriebsstrangs abgetrennt werden kann. In ausgewählten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs bzw. des Hybrid-Antriebsstrangs kann somit die Effizienz verbessert werden, indem der Verbrennungsmotor nicht in sämtlichen Betriebszuständen mitgeschleppt werden muss. Das reibschlüssige Kupplungselement bietet ferner Vorteile in Bezug auf verschiedene Betriebssituationen, beispielsweise als Schutz vor „Abwürgen“ bzw. als Anfahrelement.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung des Hybrid-Antriebsstrangs kann vorgesehen sein, dass alle Schalteinrichtungen als formschlüssige Schalteinrichtungen ausgebildet sind. Die Schalteinrichtungen, die letztlich ein Schalten der Getriebevorrichtung in verschiedene Gangstufen ermöglichen, können somit allesamt als formschlüssige Schalteinrichtungen ausgeführt werden. Dies ermöglicht insbesondere einen vereinfachten Aufbau der Getriebevorrichtung. Wie beschrieben, kann die Synchronisierung der Getriebevorrichtung des Hybridantriebsstrangs durch den Verbrennungsmotor, die Getriebebremse und die elektrische Maschine durchgeführt werden. Somit ist es nicht erforderlich, für einzelne Schalteinrichtungen Synchronisierungen vorzusehen bzw. die Synchronisierungen als Lastschaltelemente bzw. reibschlüssige Schalteinrichtungen auszuführen.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend einen zuvor beschriebenen Hybrid-Antriebsstrang. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf den Hybrid-Antriebsstrang beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
    • 1 einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 2 einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
    • 3 einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt einen Hybridantriebsstrang 1, für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Kraftahrzeug kann somit den Hybrid-Antriebsstrang 1 umfassen. Der Hybrid-Antriebsstrang 1 umfasst eine Getriebevorrichtung 2, die ein erstes Teilgetriebe 3 und ein zweites Teilgetriebe 4 aufweist. Ferner umfasst der Hybrid-Antriebsstrang 1 einen Verbrennungsmotor 5 und eine elektrische Maschine 6, wobei der Verbrennungsmotor 5 dem ersten Teilgetriebe 3 zugeordnet ist und die elektrische Maschine 6 dem zweiten Teilgetriebe 4 zugeordnet ist. Das erste Teilgetriebe 3 weist ferner eine Getriebebremse 7 auf, die beispielsweise als Lamellenbremse oder als Bandbremse ausgebildet ist.
  • Zwischen dem ersten Teilgetriebe 3 und dem zweiten Teilgetriebe 4 ist eine Kupplungseinrichtung 8 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, die beiden Teilgetriebe 3, 4 der Getriebevorrichtung 2 des Hybridantriebsstrangs 1 miteinander zu koppeln bzw. zu lösen, je nachdem in welchem Schaltzustand die Kupplungseinrichtung 8 gestellt ist. Die Getriebevorrichtung 2 weist beispielhaft fünf Schalteinrichtungen 9-13 auf, durch die verschiedene Gangstufen, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel fünf verbrennungsmotorische bzw. hybride Gangstufen und drei elektromotorische Gangstufen, realisiert werden können.
  • Die Schalteinrichtungen 9-13 können allesamt als formschlüssige Schalteinrichtungen, beispielsweise Klauenkupplungen, ausgeführt sein. Hierbei können in verschiedenen Ausführungen die Schalteinrichtungen 9, 13 sowie die Schalteinrichtungen 10, 12 sowie die Schalterrichtung 11 und die Kupplungseinrichtung 8 als Doppelschaltelemente ausgeführt werden. Jede Schalteinrichtung 9-13 kann auch als Einzelschaltelement ausgeführt sein. Wie beschrieben, können durch die einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 verschiedene Gangstufen realisiert werden. Somit kann beispielsweise durch Schließen der ersten Schalteinrichtung 9 ein erster verbrennungsmotorischer Gang realisiert werden. Wird die zweite Schalteinrichtung 10 geschlossen, kann ein zweiter verbrennungsmotorischer Gang realisiert werden. Ein dritter verbrennungsmotorischer Gang wird durch Schließen der dritten Schalteinrichtung 11 erreicht. Der vierte verbrennungsmotorische Gang ist der vierten Schalteinrichtung 12 zugeordnet und die fünfte Schalteinrichtung 13 ermöglicht den fünften verbrennungsmotorischen Gang. Hierbei ist die Kupplungseinrichtung 8 bei der Realisierung des zweiten verbrennungsmotorischen Gangs und des vierten verbrennungsmotorischen Gangs geschlossen und bei der Realisierung des ersten, dritten und fünften verbrennungsmotorischen Gangs geöffnet.
  • Die elektromotorischen Gänge ergeben sich durch Öffnen der Kupplungseinrichtung 8 und Schließen der zweiten Schalteinrichtung 10 für den ersten elektromotorischen Gang und Schließen der vierten Schalteinrichtung 12 für die Realisierung des zweiten elektromotorischen Gangs. Es ist somit möglich, bei dem Schaltvorgang des Verbrennungsmotors 5 bzw. des ersten Teilgetriebes 3 eine Stützung der Zugkraft durch die elektrische Maschine 6 vorzunehmen, da in diesem Fall die Kupplungseinrichtung 8 geöffnet ist und somit ein rein elektrischer Betrieb durchgeführt werden kann, während der Schaltvorgang im ersten Teilgetriebe 3 ausgeführt wird. In den einzelnen Ausführungsbeispielen ist ferner eine Trennkupplung 14 dargestellt, durch die der Verbrennungsmotor 5 vollständig von der Getriebevorrichtung 2 abgekoppelt werden kann. Die Trennkupplung 14 ist dabei als optional zu verstehen, wobei der Hybridantriebsstrang 1 auch in einem Ausführungsbeispiel ohne Trennkupplung 14 ausgeführt werden kann. Ferner ist ein Dämpfungselement 15 dargestellt, das ebenso als optional verstanden werden kann und daher beliebig ausgestaltet, vorgesehen oder weggelassen werden kann. Das Dämpfungselement 15 kann beispielsweise einen Torsionsdämpfer umfassen. Die beiden Teilgetriebe 3, 4 sind hierbei in Axialrichtung hintereinander an einer ersten Antriebswelle16 bzw. einer zweiten Antriebswelle 25 angeordnet, wobei die einzelnen Zahnräder mit entsprechenden Zahnrädern auf einer Vorgelegewelle 17 in Eingriff stehen. Dem ersten Teilgetriebe 3 ist hierbei die erste Antriebswelle 16 und dem zweiten Teilgetriebe 4 die zweite Antriebswelle 25 zugeordnet.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 6, beispielsweise über ein Zwischenrad, mit einem Zahnrad 18, in diesem Fall ein Festrad, auf der zweiten Antriebswelle 25 gekoppelt bzw. steht mit diesem in Eingriff. Das Zahnrad 18 ist fest auf der zweiten Antriebswelle 25 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Antriebswelle 25 als Hohlwelle ausgeführt, die die erste Antriebswelle 16 umgreift. Auf der zweiten Antriebswelle sind zwei Zahnräder 18, 19 angeordnet, die mit entsprechenden Zahnrädern 20, 21 auf der Vorgelegewelle 17 in Eingriff stehen. Je nach Schaltzustand der Schalteinrichtungen 10, 12 können dabei, wie bereits beschrieben, der zweite verbrennungsmotorische Gang oder der vierte verbrennungsmotorische Gang bzw. der erste elektromotorischen Gang oder der zweite elektromotorischen Gang realisiert werden.
  • Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, dass die Getriebebremse 7 mit einem Festrad 22 auf der ersten Antriebswelle 16 gekoppelt ist. Das Festrad 22 kann, wie bereits beschrieben, dem höchsten verbrennungsmotorischen Gang, in diesem Fall dem fünften Gang, zugeordnet sein. Auf der ersten Antriebswelle 16 sind ferner ein Festrad 23 und ein Losrad 24 angeordnet, wobei das Festrad 23 für die Realisierung des ersten verbrennungsmotorischen Gangs und das Losrad 24 für die Realisierung des dritten verbrennungsmotorischen Gangs vorgesehen ist. Demnach weist das erste Teilgetriebe 3 auf der ersten Antriebswelle 16 genau zwei Festräder 22, 23 und ein Losrad 24 auf, wobei das zweite Teilgetriebe 4 an der zweiten Antriebswelle 25 genau zwei Festräder 18, 19 aufweist, die an der als Hohlwelle um die erste Antriebswelle 16 ausgeführten zweiten Antriebswelle 25 angeordnet sind.
  • Die Getriebevorrichtung 2 des Hybridantriebsstrangs 1 ermöglicht somit, dass in Schaltvorgängen des Verbrennungsmotors 5 bzw. des ersten Teilgetriebes 3 eine Zugkraftunterstützung durch die elektrische Maschine 6 vorgenommen werden kann, wobei die Synchronisierung der einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 entsprechend durch den Verbrennungsmotor 5 selbst oder die Getriebebremse 7 vorgenommen werden können. Je nachdem, in welche Richtung eine Drehzahlanpassung an den einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 erforderlich ist, kann eine Drehzahlerhöhung des ersten Teilgetriebes 3 durch den Verbrennungsmotor 5 oder eine Reduzierung der Drehzahl durch die Getriebebremse 7 erfolgen.
  • Das Ausführungsbeispiel, das in 2 gezeigt ist, entspricht im Grundsatz dem Hybridantriebsstrang 1 von 1. Hierbei sind die beiden Teilgetriebe 3, 4 in Axialrichtung getauscht. Mit anderen Worten werden die Anbindungen der elektrischen Maschine 6 und der Getriebebremse 7 getauscht. In diesem Fall greift die elektrische Maschine 6, gegebenenfalls über ein Zwischenrad, an dem Zahnrad 22 an, das wiederum als Festrad ausgeführt ist, und die Getriebebremse 7 ist an dem Zahnrad 18, in diesem Fall ein Festrad, auf der ersten Antriebswelle 16 angebunden. In diesem Fall ist diezweite Antriebswelle 25 nicht mehr als Hohlwelle um die erste Antriebswelle 16 ausgeführt, sondern die erste Antriebswelle 16 und die zweite Antriebswelle 25 liegen in Axialrichtung betrachtet hintereinander..
  • Somit sind die beiden Teilgetriebe 3, 4 in Bezug auf 1 getauscht bzw. umgekehrt angeordnet. Das erste Teilgetriebe 3 ist in 2 auf der Antriebsseite und das zweite Teilgetriebe 4 ist in 2 auf der Abtriebsseite angeordnet und in 1 ist das erste Teilgetriebe 3 auf der Abtriebsseite und das zweite Teilgetriebe 4 auf der Antriebsseite angeordnet. Durch die Vertauschung bzw. Änderung der Anordnung der Teilgetriebe 3, 4 verändert sich entsprechend auch das Schaltschema. Hierbei stehen nunmehr zusätzlich zu den fünf verbrennungsmotorischen bzw. hybriden Gängen drei elektrische Gänge zur Verfügung. Wie beschrieben, ist die Trennkupplung 14 lediglich optional. Für einen verbrennungsmotorischen Betrieb muss die Trennkupplung 14 folglich geschlossen werden. In einem rein elektromotorischen Betrieb kann die Trennkupplung 14 entsprechend geöffnet werden. Selbstverständlich sind auch Fahrsituationen möglich, beispielsweise Segelzustände und dergleichen, in denen der Antrieb zwar grundsätzlich verbrennungsmotorisch erfolgt, der Verbrennungsmotor 5 jedoch zum Beispiel zeitweise abgekoppelt wird.
  • Zur Realisierung des ersten Gangs wird die Kupplungseinrichtung 8 geschlossen, sodass die beiden Antriebswellen 16, 25 bzw. die erste Antriebswelle 16 an der das erste Teilgetriebe 3 angeordnet ist und die zweite Antriebswelle 25 an der das Teilgetriebe 4 angeordnet ist, miteinander verbunden werden. Ferner wird die erste Schalteinrichtung 9 geschlossen. Alle übrigen Schalteinrichtungen 10-13 sind demzufolge geöffnet. Zur Realisierung des zweiten verbrennungsmotorischen Gangs wird die zweite Schalteinrichtung 10 geschlossen, die Kupplungseinrichtung 8 ist geöffnet und alle anderen Schalteinrichtung 9, 11-13 sind ebenfalls geöffnet. Der dritte verbrennungsmotorische Gang wird entsprechend durch Schließen der dritten Schalteinrichtung 11 realisiert, wobei die Kupplungseinrichtung 8 geschlossen ist.
  • Der vierte verbrennungsmotorische Gang kann realisiert werden, indem die Kupplungseinrichtung 8 geöffnet und die vierte Schalteinrichtung 12 geschlossen wird. Schließlich ergibt sich der fünfte verbrennungsmotorische Gang durch Schließen der Kupplungseinrichtung 8 und Schließen der fünften Schalteinrichtung 13. Hierbei kann letztlich in Abhängigkeit der Schaltstrategie gewählt werden, welche Übersetzungsstufe den einzelnen Gangstufen zugeordnet ist bzw. wie diese auf die Teilgetriebe 3, 4 aufgeteilt werden sollen. Beispielsweise kann die Übersetzung mit den beschriebenen Gängen zunehmen bzw. kann hierbei der fünfte verbrennungsmotorische Gang der am längsten übersetzte und der erste verbrennungsmotorische Gang der am kürzesten übersetzte Gang sein.
  • In der gezeigten Ausführungsform weist das zweite Teilgetriebe 4 für die elektrische Maschine 6 drei elektromotorische Gänge auf, nämlich durch Schließen der ersten Schalteinrichtung 9 oder Schließen der dritten Schalteinrichtung 11 oder Schließen der fünften Schalteinrichtung 13. Wie beschrieben, muss hierzu die Kupplungseinrichtung 8 nicht geschlossen werden. Wird die Kupplungseinrichtung 8 geschlossen, ergeben die elektromotorischen Gänge letztlich die entsprechenden hybriden Gänge, beispielsweise bei einem verbrennungsmotorischen Betrieb, der durch die elektrische Maschine 6 unterstützt wird. In einem Fahrzustand, in dem die elektrische Maschine 6 die Zugkraft aufbringt, beispielsweise wenn ein Schaltvorgang in dem ersten Teilgetriebe 3 vorgenommen wird, können die Schalteinrichtungen, die dem ersten Teilgetriebe 3 zugeordnet sind, in diesem Ausführungsbeispiel die zweite Schalteinrichtung 10 und die vierte Schalteinrichtung 12 durch den Verbrennungsmotor 5 und die Getriebebremse 7 synchronisiert werden.
  • 3 zeigt eine Getriebevorrichtung 2 bzw. einen Hybrid-Antriebsstrang 1 nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau nach 3 gleicht letztlich dem Aufbau von 1, wobei beispielhaft eine andere Aufteilung der einzelnen Gangstufen vorgenommen wurde, sodass sich auch eine Anordnung der einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 gegenüber der in 1 dargestellten Ausführung ändert. Entsprechend ändert sich die Schaltstrategie bzw. die Schaltmatrix.
  • Die elektrische Maschine 6 steht wieder mit einem Zahnrad 18 in Eingriff, das an der Zentralwelle 16 gelagert ist, zum Beispiel, wie gezeigt, in Form einer Hohlwelle zusammen mit dem Zahnrad 19. Ist die Kupplungseinrichtung 8 somit geschlossen, sind die Zahnräder 18, 19, die auf der zweiten Antriebswelle 25 angeordnet sind, mit der ersten Antriebswelle 16 verbunden. Ist die Kupplungseinrichtung 8 geöffnet, treibt die elektrische Maschine 6 die Zahnräder 18, 19 ohne Kopplung zur ersten Antriebswelle 16 an. Daraus ergibt sich, dass von der elektrischen Maschine 6 Drehmoment auf die Zahnräder 20, 21 übertragen werden kann, die in diesem Ausführungsbeispiel als Losräder ausgeführt sind. Wird die erste Schalteinrichtung 9 geschlossen, wird somit das Zahnrad 20 mit der Vorgelegewelle 17 verbunden, sodass Drehmoment von der elektrischen Maschine 6 auf einen Getriebeausgang übertragen werden kann. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung 9 somit zur Realisierung des ersten verbrennungsmotorischen Gangs und zur Realisierung des ersten elektromotorischen Gangs verwendet werden. Zur Realisierung des ersten verbrennungsmotorischen Gangs muss die Kupplungseinrichtung 8 geschlossen sein, sodass Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 5 über die erste Antriebswelle 16 und somit die Zahnräder 19, 20 auf die Vorgelegewelle 17 und somit den Abtrieb übertragen werden kann.
  • Zur Realisierung des zweiten elektromotorischen Gangs kann die elektrische Maschine 6 Drehmoment auf das Zahnrad 18 übertragen, das in Eingriff mit dem Zahnrad 21 steht. Wird somit die vierte Schalteinrichtung 13 geschlossen, kann von der elektrischen Maschine 6 über die Zahnräder 18, 21 Drehmoment auf die Vorgelegewelle 17 und somit den Abtrieb übertragen werden.
  • Daneben können ein zweiter, dritter und vierter verbrennungsmotorischer Gang über das erste Teilgetriebe 3 realisiert werden. Hierzu kann der Verbrennungsmotor 5 Drehmoment auf die erste Antriebswelle 16 aufbringen, die wahlweise über das Zahnrad 23 und die geschlossene zweite Schalteinrichtung 10 auf die Vorgelegewelle 17 und somit den Abtrieb übertragen kann. Zur Realisierung des dritten verbrennungsmotorischen Gangs wird die erste Antriebswelle 16 über die dritte Schalteinrichtung 11 mit dem Zahnrad 24 gekoppelt, das mit einem Festrad auf der Vorgelegewelle 17 in Eingriff steht. Schließlich ergibt sich ein vierter verbrennungsmotorischer Gang, indem von der ersten Antriebswelle 16 über das Zahnrad 22 und die geschlossene vierte Schalteinrichtung 12 Drehmoment auf die Vorgelegewelle 17 und somit an den Abtrieb übertragen werden kann. Die verbrennungsmotorischen Gänge können hierbei ebenfalls elektromotorisch unterstützt werden. Insbesondere können im verbrennungsmotorischen Betrieb durchgeführte Schaltvorgänge durch die elektrische Maschine 6 gestützt werden. Hierbei kann ebenfalls eine Drehzahlanpassung der Schalteinrichtungen 10-12 über den Verbrennungsmotor 5 bzw. die Getriebebremse 7 realisiert werden.
  • Grundsätzlich sind die hierin gezeigten Zuordnungen der einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 zu einzelnen Gangstufen bzw. Fahrstufen beliebig änderbar bzw. beliebig wählbar. Insbesondere kann die Anzahl, die Aufteilung und die Anordnung der einzelnen Schalteinrichtungen 9-13 erweitert, reduziert bzw. abgeändert oder anderweitig auf die unterschiedlichen Teilgetriebe 3, 4 verteilt werden. Die in den einzelnen Ausführungsformen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig untereinander austauschbar, miteinander kombinierbar und aufeinander übertragbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybrid-Antriebsstrang
    2
    Getriebevorrichtung
    3, 4
    Teilgetriebe
    5
    Verbrennungsmotor
    6
    elektrische Maschine
    7
    Getriebebremse
    8
    Kupplungseinrichtung
    9-13
    Schalteinrichtung
    14
    Trennkupplung
    15
    Dämpfungseinrichtung
    16
    Erste Antriebswelle
    17
    Vorgelegewelle
    18-24
    Zahnrad
    25
    Zweite Antriebswelle

Claims (10)

  1. Hybrid-Antriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Teilgetriebe (3, 4) und eine Kupplungseinrichtung (8), die dazu ausgebildet ist, die beiden Teilgetriebe (3, 4) miteinander zu koppeln, wobei das erste Teilgetriebe (3) über eine erste Antriebswelle (16) mit einem Verbrennungsmotor (5) verbindbar oder verbunden ist und das zweite Teilgetriebe (4) über eine zweite Antriebswelle (25) mit einer elektrischen Maschine (6) verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (3) eine Getriebebremse (7) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Drehzahl der ersten Antriebswelle (16) des ersten Teilgetriebes (3) zu verändern.
  2. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (3) und das zweite Teilgetriebe (4) jeweils wenigstens eine Schalteinrichtung (9 - 13) aufweisen, wobei die elektrische Maschine (6) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Schalteinrichtung (9 - 13) in dem zweiten Teilgetriebe (4) zu synchronisieren und der Verbrennungsmotor (5) und die Getriebebremse (7) dazu ausgebildet sind, die wenigstens eine Schalteinrichtung (9 - 13) in dem ersten Teilgetriebe (3) zu synchronisieren.
  3. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorgelegewelle (17), wobei die Vorgelegewelle (17) achsparallel zu einer Hauptachse des Hybrid-Antriebsstrangs (1) verläuft.
  4. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebebremse (7), insbesondere mittels eines Zwischenrads, mit einem Festrad des ersten Teilgetriebes (3) gekoppelt ist.
  5. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (16) dem ersten Teilgetriebe (3) und die zweite Antriebswelle (25) dem zweiten Teilgetriebe (4) zugeordnet ist und die erste Antriebswelle (16) als Vollwelle und die zweite Antriebswelle (25) als Hohlwelle ausgebildet ist, welche die erste Antriebswelle (16) umgibt.
  6. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) an einem an der zweiten Antriebswelle (25) angeordneten Festrad angeordnet ist und achsparallel zur Hauptachse angeordnet ist.
  7. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Teilgetriebe (3) und dem zweiten Teilgetriebe (4) wenigstens zwei Zahnradpaare zugeordnet sind.
  8. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Trennkupplung, die zwischen dem Verbrennungsmotor (5) und dem ersten Teilgetriebe (3, 4), insbesondere der ersten Antriebswelle (16), angeordnet und dazu ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor (5) von der ersten Antriebswelle (16) zu trennen.
  9. Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schalteinrichtungen (9 - 13) als formschlüssige Schalteinrichtungen (9 - 13) ausgebildet sind.
  10. Kraftfahrzeug, umfassend einen Hybrid-Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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