DE102021208016A1 - Hybridgetriebevorrichtung sowie Antriebsstrang und Kraftfahrzeug mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung - Google Patents

Hybridgetriebevorrichtung sowie Antriebsstrang und Kraftfahrzeug mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung Download PDF

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English (en)
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Fabian Kutter
Stefan Beck
Juri Pawlakowitsch
Peter Ziemer
Max Bachmann
Thomas Kroh
Michael Wechs
Thomas Martin
Johannes Kaltenbach
Oliver BAYER
Matthias Horn
Martin Brehmer
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Hybridgetriebevorrichtung (100) aufweisend• eine erste Getriebeeingangswelle (2) und eine zweite Getriebeeingangswelle (4), wobei die beiden Getriebeeingangswellen (2, 4) koaxial zueinander auf einer ersten Achse (A1) angeordnet und über ein Schaltelement (K3) drehfest miteinander verbindbar sind,• eine erste Vorgelegewelle (10), die auf einer zweiten Achse (A2) angeordnet ist, mit einem ersten Ganglosrad (11) und einem zweiten Ganglosrad (12),• ein jeweiliges Schaltelement (A, B) zur drehfesten Verbindung des jeweiligen Ganglosrades (11, 12) mit der ersten Vorgelegewelle (10),• eine zweite Vorgelegewelle (20), die auf einer dritten Achse (A3) angeordnet ist, mit einem dritten Ganglosrad (21) und einem vierten Ganglosrad (22),• ein jeweiliges Schaltelement (C, D) zur drehfesten Verbindung des jeweiligen Ganglosrades (21, 22) mit der zweiten Vorgelegewelle (20),• ein Differenzial (6), das auf einer vierten Achse (A4) angeordnet ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) genau ein Festrad (2.1) aufweist, wobei dieses Festrad (2.1) mit dem zweiten und vierten Ganglosrad (12, 22) im Zahneingriff ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) genau ein Festrad (4.1) aufweist, wobei dieses Festrad (4.1) mit dem ersten und dritten Losrad (11, 21) im Zahneingriff ist, und wobei jede der beiden Vorgelegewellen (10, 20) genau ein Festrad (13, 23) aufweist, wobei diese beiden Festräder (13, 23) mit einer Verzahnung (6.3) am Differenzial (6) im Zahneingriff sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung auch einen Antriebsstrang mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung, einem Verbrennungsmotor und mindestens einer Elektromaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
  • Beispielsweise offenbart die US 2017/129323 A1 eine Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine. Die Hybridgetriebevorrichtung umfasst zwei konzentrische Primärwellen, wobei die eine Primärwelle als Vollwelle und die andere Primärwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei die Primärwellen mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und mit der elektrischen Maschine ohne eine Trennkupplung verbunden sind. Die massive Primärwelle umfasst zwei Leerlaufritzel eines Hybrid- oder Verbrennungsmotorgetriebes. Eine Sekundärwelle ist über ein Differential mit Rädern des Fahrzeugs verbunden, wobei die beiden Leerlaufritzel so konfiguriert sind, dass sie mit feststehenden Zahnrädern der Sekundärwelle in Eingriff kommen. Eine Übertragungswelle ist so konfiguriert, dass sie die Bewegung von mindestens einer der Primärwellen auf die Sekundärwelle überträgt und die Primärwellen koppelt. Die elektrische Maschine ist an einem gegenüberliegenden Ende der Primärwellen relativ zu dem Verbrennungsmotor angeordnet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll die Hybridgetriebevorrichtung kompakt und einfach ausgebildet sein sowie für Front-Quer-Anordnungen ebenso wie für Heck-Quer-Anordnung im Kraftfahrzeug verbaut werden können. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der davon abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erste Getriebeeingangswelle zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle zur zumindest mittelbaren Anbindung eines Rotors einer ersten Elektromaschine, wobei die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander auf einer ersten Achse angeordnet und über ein Schaltelement drehfest miteinander verbindbar sind, eine erste Vorgelegewelle, die achsparallel zu der ersten Achse auf einer zweiten Achse angeordnet ist, mit einem ersten Ganglosrad und einem zweiten Ganglosrad, wobei das erste Ganglosrad über ein erstes Schaltelement mit der ersten Vorgelegewelle drehfest verbindbar ist, wobei das zweite Ganglosrad über ein zweites Schaltelement mit der ersten Vorgelegewelle drehfest verbindbar ist, eine zweite Vorgelegewelle, die achsparallel zu der ersten und zweiten Achse auf einer dritten Achse angeordnet ist, mit einem dritten Ganglosrad und einem vierten Ganglosrad, wobei das dritte Ganglosrad über ein drittes Schaltelement mit der zweiten Vorgelegewelle drehfest verbindbar ist, wobei das vierte Ganglosrad über ein viertes Schaltelement mit der zweiten Vorgelegewelle drehfest verbindbar ist, ein Differenzial mit einer ersten Seitenwelle und einer zweiten Seitenwelle, wobei die beiden Seitenwellen zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet und auf einer vierten Achse angeordnet sind, wobei die vierte Achse achsparallel zu der ersten, zweiten und dritten Achse angeordnet ist, wobei ferner die erste Getriebeeingangswelle genau ein Festrad aufweist, wobei dieses Festrad mit dem zweiten und vierten Ganglosrad im Zahneingriff ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle genau ein Festrad aufweist, wobei dieses Festrad mit dem ersten und dritten Ganglosrad im Zahneingriff ist, wobei jede der beiden Vorgelegewellen genau ein Festrad aufweist, wobei das Festrad an der ersten Vorgelegewelle mit einer Verzahnung am Differenzial im Zahneingriff ist, und wobei das Festrad an der zweiten Vorgelegewelle mit der Verzahnung am Differenzial im Zahneingriff ist. Beispielsweise ist die Verzahnung an einem Differenzialkorb des Differenzials ausgebildet.
  • Unter einer Anbindung eines Bauteils oder einer Vorrichtung an einem anderen Bauteil oder an einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Bauteile oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind oder über mindestens ein weiteres Bauteil miteinander verbunden sein können. Beispielsweise kann die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest oder über ein weiteres Bauteil, insbesondere einer Trennkupplung schaltbar mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden bzw. verbindbar sein. Beispielsweise kann der Rotor bzw. die Rotorwelle der ersten Elektromaschine drehfest oder über mehrere weiterer Bauteile, insbesondere einem Planetengetriebe mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden sein.
  • Unter einer drehfesten Verbindung ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche Drehzahl und Drehmoment überträgt. Durch drehfeste Verbindungen wird die Kompaktheit erhöht und das Gewicht der Hybridgetriebevorrichtung verringert.
  • Unter einer Getriebeeingangswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zur Anbindung an eine jeweilige Antriebsmaschine, insbesondere an eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder einem Rotor einer Elektromaschine, eingerichtet ist.
  • Die vom Verbrennungsmotor und/oder der ersten Elektromaschine erzeugte Antriebsleistung wird in der Hybridgetriebevorrichtung zusammengeführt und über das Differenzial auf die beiden Seitenwellen aufgeteilt, um ein jeweiliges Antriebsrad des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Das Differenzial kann beispielsweise als Kegelraddifferenzial, Stirnraddifferenzial oder Planetenraddifferenzial ausgebildet sein. Die Seitenwellen sind gemeinsam auf einer Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet sind.
  • Bevorzugt weist die Hybridgetriebevorrichtung genau fünf formschlüssige Schaltelemente auf. Ferner bevorzugt weist die Hybridgetriebevorrichtung genau sechs formschlüssige Schaltelemente auf. Unter einem Schaltelement ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten Zustand zum Trennen einer rotatorischen Verbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere Wellen und zumindest einen geschlossenen Zustand zum Übertragen eines Drehmoments und einer Drehzahl zwischen zwei Bauteilen, insbesondere Wellen aufweist. Unter einem formschlüssigen Schaltelement ist ein Schaltelement zu verstehen, das zur Verbindung zweier Bauteile, insbesondere Wellen eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung der drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei die Übertragung einer Leistung von einem Kupplungsteil auf den anderen Kupplungsteil in einem vollständig geschlossenen Zustand hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Beispielsweise sind alle Schaltelemente als Klauenkupplungen ausgebildet. In einem verbrennungsmotorischen Gang befindet sich das Kraftfahrzeug in einem verbrennungsmotorischen Betrieb allein mittels Verbrennungsmotor oder in einem hybridischen Betrieb in Kombination von Verbrennungsmotor und mindestens einer Elektromaschine.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist koaxial zu der ersten Getriebeeingangswelle ein als Trennkupplung ausgebildetes Schaltelement angeordnet, wobei die Trennkupplung dazu eingerichtet ist, die Hybridgetriebevorrichtung von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors abzukoppeln. Mithin ist die Trennkupplung in dem Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Weiterhin kann die Trennkupplung nach einer Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein. Mittels der Trennkupplung lässt sich der Verbrennungsmotor zum rein elektrischen Fahren abkoppeln, wodurch der elektrische Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs energieeffizienter wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridgetriebevorrichtung eine dritte Getriebeeingangswelle zur Anbindung eines Rotors einer zweiten Elektromaschine auf, wobei die dritte Getriebeeingangswelle auf einer fünften Achse, die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse ausgebildet ist, angeordnet ist und genau ein Festrad aufweist, wobei dieses Festrad mit dem zweiten Ganglosrad oder mit dem vierten Ganglosrad oder mit dem Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle im Zahneingriff ist. Die zweite Elektromaschine ist achsparallel zu der ersten Elektromaschine angeordnet. Ob die zweite Elektromaschine über die dritte Getriebeeingangswelle an dem zweiten Ganglosrad auf der ersten Vorgelegewelle oder an dem vierten Ganglosrad an der zweiten Vorgelegewelle oder an dem Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle angebunden wird, hängt insbesondere von den Platzverhältnissen ab und erhöht die Flexibilität. Die zweite Elektromaschine dient insbesondere zur Unterstützung der erste Elektromaschine. Beispielsweise ist die zweite Elektromaschine für die Stromversorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Auch ein serielles Kriechen, insbesondere Vorwärts- oder Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs ist über die zweite Elektromaschine vorteilhaft. Die zweite Elektromaschine kann auch vorteilhaft zur Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors beim Ankoppeln und bei Gangschaltungen dienen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridgetriebevorrichtung eine Bremse auf zur drehfesten Verbindung des zweiten Ganglosrades mit einem Gehäuse der Hybridgetriebevorrichtung. Unter einer Bremse ist ein reibschlüssiges Schaltelement zu verstehen, welches zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand eine Vielzahl von Zwischenzuständen aufweist, die zumindest einen Teil eines Drehmoments oder ein gesamtes Drehmoment am Gehäuse abstützen.
  • Vorzugsweise ist die Bremse auf einer fünften Achse, die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse ausgebildet ist, angeordnet, wobei die Bremse dazu eingerichtet ist, über eine drehfest mit dem Gehäuse verbindbare Ritzelwelle das zweite Ganglosrad oder das vierte Ganglosrad oder das Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle stationär festzulegen. Mit anderen Worten kämmt die Ritzelwelle entweder mit dem zweiten Ganglosrad an der ersten Vorgelegewelle oder mit dem vierten Ganglosrad an der zweiten Vorgelegewelle oder mit dem Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle, wobei dies insbesondere von den Platzverhältnissen abhängt, und wobei dadurch die Flexibilität erhöht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridgetriebevorrichtung ein Planetengetriebe auf, das koaxial zu der ersten Achse im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger mit mehreren Planetenrädern aufweist. Das Planetengetriebe umfasst mehrere Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen bzw. im Zahneingriff sind. Bevorzugt ist das Sonnenrad drehfest mit dem Gehäuse der Hybridgetriebevorrichtung verbunden, wobei das Hohlrad zur drehfesten Anbindung des Rotors der ersten Elektromaschine eingerichtet ist, beispielsweise drehfest mit diesem verbunden ist, und wobei der Planetenträger drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist. Das Planetengetriebe dient als Vorübersetzung für die erste Elektromaschine. Dadurch kann ohne eine Unterstützung der zweiten Elektromaschine ein höheres Drehmomente im rein elektrischen Fahrbetrieb mit der ersten Elektromaschine erreicht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und dritte Schaltelement von einem ersten gemeinsamen Aktuator betätigbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das zweite und vierte Schaltelement von einem zweiten gemeinsamen Aktuator betätigbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltelemente zwischen der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle von einem dritten Aktuator betätigbar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trennkupplung von einem vierten Aktuator betätigbar. Die Trennkupplung kann entweder als formschlüssiges oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ein als formschlüssiges Schaltelement ausgebildete Trennkupplung ist kompakter und weist weniger Verluste als ein kraftschlüssiges Schaltelement auf. Ein Vorteil einer als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildeten Trennkupplung ergibt sich aus der Möglichkeit dieses auch unter Last öffnen zu können, beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion des Verbrennungsmotors. Insbesondere kann eine reibschlüssige Trennkupplung auch bei Differenzdrehzahl der beiden Kupplungsteile geschlossen werden, sodass beispielsweise ein sogenannter „Schwungstart“ des Verbrennungsmotors mittels der zweiten Elektromaschine möglich ist, wobei dazu insbesondere die Trägheitsmasse der zweiten Elektromaschine zum Starten des Verbrennungsmotors ausgenutzt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet ist, und wobei die erste Getriebeeingangswelle zumindest teilweise axial innerhalb der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Insbesondere sind die erste und zweite Getriebeeingangswelle drehbar aneinander gelagert. Mit anderen Worten ist radial zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle ein Lagerelement angeordnet.
  • Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, eine erste Elektromaschine und eine erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung. Beispielsweise sind der Verbrennungsmotor und die erste Elektromaschine koaxial zueinander auf der ersten Achse angeordnet. Vorzugsweise ist eine zweite Elektromaschine achsparallel zu dem Verbrennungsmotor und der ersten Elektromaschine angeordnet. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:
    • 1 ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß 3a.
    • 2 einen Antriebsstrang mit einer Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 3a einen Antriebsstrang mit einer Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 3b eine Schaltmatrix für die Hybridgetriebevorrichtung des Antriebsstrangs nach 3a,
    • 3c eine Prinzip-Skizze des Antriebsstrangs nach 3a,
    • 4 einen Antriebsstrang mit einer Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
    • 5 einen Antriebsstrang mit einer Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, und
    • 6 einen Antriebsstrang mit einer Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einer stark vereinfacht dargestellten Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß 3a, wobei die Hybridgetriebevorrichtung 1 in 3a detaillierter dargestellt ist. Das Kraftfahrzeug 100 weist zwei Fahrzeugachsen und vier Räder 101, 102, 103, 104 auf, wobei die Hybridgetriebevorrichtung 1 an der Front-Achse des Kraftfahrzeugs 100 quer angeordnet ist. Ebenso könnte die Hybridgetriebevorrichtung 1 an der Heck-Achse des Kraftfahrzeugs 100 quer angeordnet sein. Ein Verbrennungsmotor 3 und eine erste Elektromaschine 5 sind koaxial zueinander angeordnet und mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 antriebswirksam verbunden. Ferner ist eine zweite Elektromaschine 8 achsparallel zum Verbrennungsmotor 3 und der ersten Elektromaschine 5 angeordnet sowie mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 antriebswirksam verbunden. Die Hybridgetriebevorrichtung 1 weist ein Differenzial 6 mit zwei Seitenwellen 6.1, 6.2 auf, wobei die Antriebsleistung der drei Antriebsmaschinen 3, 5, 8 schaltstellungsabhängig auf die Antriebsräder 101, 102 der Front-Achse verteilt wird. An der Heck-Achse des Kraftfahrzeugs 100 können eine weitere Elektromaschine und ein weiteres Differenzial angeordnet sein, die vorliegend nicht näher dargestellt sind, wobei die weitere Elektromaschine zum elektrischen Antrieb der Heck-Achse vorgesehen sein kann. Alternativ kann der Antrieb an der Heck-Achse des Kraftfahrzeugs 100, wie vorliegend dargestellt, entfallen.
  • In 2 umfasst ein Antriebsstrang gemäß einer ersten Ausführungsform einen Verbrennungsmotor 3, eine erste Elektromaschine 5 und eine Hybridgetriebevorrichtung 1. Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 2 zur Anbindung einer Kurbelwelle 3.1 eines Verbrennungsmotors 3 und eine zweite Getriebeeingangswelle 4 zur Anbindung eines Rotors 5.1 einer ersten Elektromaschine 5. Der Stator 5.2 der ersten Elektromaschine 5 ist gehäusefest ausgebildet. Die beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sind koaxial zueinander auf einer ersten Achse A1 angeordnet und über ein Schaltelement K3 drehfest miteinander verbindbar, wobei dieses Schaltelement K3 von einem Aktuator betätigbar ist. Das Schaltelement K3 zwischen den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 ist als formschlüssige Kupplung ausgebildet. Ferner sind der Verbrennungsmotor 3 und die erste Elektromaschine 5 koaxial zueinander auf der ersten Achse A1 angeordnet, wobei die Kurbelwelle 3.1 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden ist, und wobei der Rotor 5.1 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist. Die erste Getriebeeingangswelle 2 ist als Vollwelle ausgebildet. Die zweite Getriebeeingangswelle 4 ist als Hohlwelle ausgebildet. Ferner ist die erste Getriebeeingangswelle 2 teilweise axial innerhalb der zweiten Getriebeeingangswelle 4 angeordnet.
  • Eine erste Vorgelegewelle 10 ist achsparallel zu der ersten Achse A1 auf einer zweiten Achse A2 angeordnet. An der ersten Vorgelegewelle 10 sind genau zwei Ganglosräder 11, 12 und ein Festrad 13 angeordnet, wobei das erste Ganglosrad 11 über ein erstes Schaltelement A mit der ersten Vorgelegewelle 10 drehfest verbindbar ist, und wobei das zweite Ganglosrad 12 über ein zweites Schaltelement B mit der ersten Vorgelegewelle 10 drehfest verbindbar ist. Mithin sind das erste und zweite Schaltelement A, B ebenso wie das erste und zweite Ganglosrad 11, 12 auf der zweiten Achse A2, die achsparallel zu der ersten Achse A1 ausgebildet ist, angeordnet.
  • Eine zweite Vorgelegewelle 20 ist achsparallel zu der ersten und zweiten Achse A1, A2 auf einer dritten Achse A3 angeordnet. An der zweiten Vorgelegewelle 20 sind genau zwei Ganglosräder 21, 22 und ein Festrad 23 angeordnet, wobei das dritte Ganglosrad 21 über ein drittes Schaltelement C mit der zweiten Vorgelegewelle 20 drehfest verbindbar ist, und wobei das vierte Ganglosrad 22 über ein viertes Schaltelement D mit der zweiten Vorgelegewelle 20 drehfest verbindbar ist. Mithin sind das dritte und vierte Schaltelement C, D ebenso wie das dritte und vierte Ganglosrad 21, 22 auf der dritten Achse A3, die jeweils achsparallel zu der ersten und zweiten Achse A1, A2 ausgebildet ist, angeordnet. Ferner weist die erste Getriebeeingangswelle 2 genau ein Festrad 2.1 auf, wobei dieses Festrad 2.1 mit dem zweiten und vierten Ganglosrad 12, 22 im Zahneingriff ist. Auch die zweite Getriebeeingangswelle 4 weist genau ein Festrad 4.1 auf, wobei dieses Festrad 4.1 mit dem ersten und dritten Ganglosrad 11, 21 im Zahneingriff ist. Das erste und dritte Schaltelement A, C sind von einem gemeinsamen Aktuator betätigbar, wobei das zweite und vierte Schaltelement B, D von einem weiteren gemeinsamen Aktuator betätigbar sind.
  • Ein Differenzial 6 mit einer ersten Seitenwelle 6.1 und einer zweiten Seitenwelle 6.2 ist achsparallel zu der ersten, zweiten und dritten Achse A1, A2, A3 auf einer vierten Achse A4 angeordnet. Die beiden Seitenwellen 6.1, 6.2 sind zur Anbindung eines jeweiligen Antriebsrades des Kraftfahrzeugs 100 eingerichtet. Das Differenzial 6 weist einen Differenzialkorb mit einer Verzahnung 6.3 auf. Das Festrad 13 an der ersten Vorgelegewelle 10 ist mit der Verzahnung 6.3 am Differenzialkorb des Differenzials 6 im Zahneingriff. Ferner ist auch das Festrad 23 an der zweiten Vorgelegewelle 20 mit der Verzahnung 6.3 am Differenzialkorb des Differenzials 6 im Zahneingriff. Mithin wird über das jeweilige Festrad 13, 23 an der jeweiligen Vorgelegewelle 10, 20 eine Antriebsleistung auf das Differenzial 6 übertragen, wobei die Antriebsleistung über die Seitenwellen 6.1, 6.2 des Differenzials 6 auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs 100 geleitet wird.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist besonders kompakt und einfach aufgebaut. Jede der beiden Vorgelegewellen 10, 20 weist genau zwei Ganglosräder 11, 12 und 21, 22 sowie genau ein Festrad 13, 23 auf. Die Bauteilbelastungen und Getriebeverluste sind gering. Insbesondere wird ein guter Verzahnungswirkungsgrad und eine gute Übersetzungsreihe realisiert, wobei nur drei Aktuatoren zum Schalten aller fünf Schaltelemente A, B, C, D, K3 benötigt werden. Alle fünf Schaltelemente A, B, C, D, K3 sind als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, beispielsweise als Klauenkupplungen. Formschlüssige Schaltelemente sind effizienter und weisen geringere Verluste als reibschlüssige Schaltelemente auf.
  • 3a zeigt eine zweite Ausführungsform eines Antriebsstrangs, die im Wesentlichen auf die Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 2 beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 2 verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 3a unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch eine zweite Elektromaschine 8 und ein als Trennkupplung K0 ausgebildetes Schaltelement. Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst eine dritte Getriebeeingangswelle 7 zur Anbindung eines Rotors 8.1 der zweiten Elektromaschine 8, wobei die dritte Getriebeeingangswelle 7 auf einer fünften Achse A5, die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse A1, A2, A3, A4 ausgebildet ist, angeordnet ist. Der Stator 8.2 der zweiten Elektromaschine 8 ist gehäusefest ausgebildet. Die dritte Getriebeeingangswelle 7 weist genau ein Festrad 7.1 auf, wobei dieses Festrad 7.1 mit dem zweiten Ganglosrad 12 an der ersten Vorgelegewelle 10 im Zahneingriff ist. Alternativ kann das Festrad 7.1 an der dritten Getriebeeingangswelle 7 mit dem Festrad 2.1 an der ersten Getriebeeingangswelle 2 oder mit dem vierten Ganglosrad 22 an der zweiten Vorgelegewelle 20 im Zahneingriff sein.
  • Koaxial zu der ersten Getriebeeingangswelle 2 ist das als Trennkupplung K0 ausgebildete Schaltelement angeordnet, wobei die Trennkupplung K0 dazu eingerichtet ist, die Hybridgetriebevorrichtung 1 von der Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 abzukoppeln. Vorliegend ist die Trennkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Alternativ kann die Trennkupplung K0 als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ein Vorteil einer als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildeten Trennkupplung K0 ergibt sich aus der Möglichkeit dieses auch unter Last öffnen zu können, beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion des Verbrennungsmotors 3. Insbesondere kann eine reibschlüssige Trennkupplung K0 auch bei Differenzdrehzahl der beiden Kupplungsteile geschlossen werden, sodass beispielsweise ein sogenannter „Schwungstart“ des Verbrennungsmotors 3 mittels der zweiten Elektromaschine 8 möglich ist, wobei dazu insbesondere die Trägheitsmasse der zweiten Elektromaschine 8 zum Starten des Verbrennungsmotors 3 ausgenutzt wird.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß 3a weist mehrere Fahrmodi auf, die in der Schaltmatrix gemäß 3b dargestellt sind, wobei in den Spalten der Schaltmatrix die jeweiligen Schaltelemente K0, A, B, C, D, K3 aufgeführt sind, und wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi V1, V2, V3, V4, E1.1, E1.2, E1.3, E1.4, E2.1, E2.2, E2.3, E2.4 des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind. Durch den Eintrag eines Kreuzes in einem jeweiligen Kästchen der Schaltmatrix wird ein geschlossener Zustand des jeweiligen Schaltelements K0, A, B, C, D, K3 dargestellt, wobei kein Eintrag einen geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements K0, A, B, C, D, K3 anzeigt. Mittels der sechs formschlüssigen Schaltelemente K0, A, B, C, D, K3 werden vier verbrennungsmotorische Gänge bzw. hybridische Fahrmodi V1, V2, V3, V4, vier mittels der ersten Elektromaschine 5 realisierbare elektromotorische Gänge E1.1, E1.2, E1.3, E1.4 und vier mittels der zweiten Elektromaschine 8 realisierbare elektromotorische Gänge E2.1, E2.2, E2.3, E2.4 geschaffen.
  • In einem ersten verbrennungsmotorischen Gang V1 sind die Trennkupplung K0, das erste Schaltelement A und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei das zweite, dritte und vierte Schaltelement B, C, D geöffnet sind.
  • In einem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 sind die Trennkupplung K0 und das zweite Schaltelement B geschlossen, wobei das erste, dritte und vierte Schaltelement B, C, D ebenso wie das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geöffnet sind.
  • In einem dritten verbrennungsmotorischen Gang V3 sind die Trennkupplung K0, das dritte Schaltelement C und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei das erste, zweite und vierte Schaltelement A, B, D geöffnet sind.
  • In einem vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 sind die Trennkupplung K0 und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei das erste, zweite und dritte Schaltelement A, B, C ebenso wie das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geöffnet sind.
  • In den verbrennungsmotorischen Gängen bzw. hybridischen Fahrmodi V1, V2, V3, V4 ist der Verbrennungsmotor 3 stets am Antrieb des Fahrzeugs 100 beteiligt, wobei die erste Elektromaschine 5 und/oder die zweite Elektromaschine 8 den Antrieb unterstützen kann. Deswegen ist stets die Trennkupplung K0 in den verbrennungsmotorischen Gängen V1, V2, V3, V4 geschlossen.
  • In einem ersten elektromotorischen Gang E1.1, der über die erste Elektromaschine 5 realisiert wird, ist das erste Schaltelement A geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 sowie das zweite, dritte und vierte Schaltelement B, C, D geöffnet sind.
  • In einem zweiten elektromotorischen Gang E1.2, der über die erste Elektromaschine 5 realisiert wird, sind das zweite Schaltelement B und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei die Trennkupplung K0 sowie das erste, dritte und vierte Schaltelement A, C, D geöffnet sind.
  • In einem dritten elektromotorischen Gang E1.3, der über die erste Elektromaschine 5 realisiert wird, ist das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 sowie das erste, zweite und vierte Schaltelement A, B, D geöffnet sind.
  • In einem vierten elektromotorischen Gang E1.4, der über die erste Elektromaschine 5 realisiert wird, sind das vierte Schaltelement D und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei die Trennkupplung K0 sowie das erste, zweite und dritte Schaltelement A, B, C geöffnet sind.
  • In den elektromotorischen Gängen E1.1, E1.2, E1.3, E1.4 erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs 100 ausschließlich über die erste Elektromaschine 5, wobei der Verbrennungsmotor 3 stets von der Hybridgetriebevorrichtung 1 entkoppelt ist und somit nicht mitgeschleppt wird. Deswegen ist die Trennkupplung K0 in den elektromotorischen Gängen E1.1, E1.2, E1.3, E1.4 stets geöffnet.
  • In einem ersten elektromotorischen Gang E2.1, der über die zweite Elektromaschine 8 realisiert wird, sind das erste Schaltelement A und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei die Trennkupplung K0 sowie das zweite, dritte und vierte Schaltelement B, C, D geöffnet sind.
  • In einem zweiten elektromotorischen Gang E2.2, der über die zweite Elektromaschine 8 realisiert wird, ist das zweite Schaltelement B geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 sowie das erste, dritte und vierte Schaltelement A, B, D geöffnet sind.
  • In einem dritten elektromotorischen Gang E2.3, der über die zweite Elektromaschine 8 realisiert wird, sind das dritte Schaltelement C und das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 geschlossen, wobei die Trennkupplung K0 sowie das erste, zweite und dritte Schaltelement A, B, C geöffnet sind.
  • In einem vierten elektromotorischen Gang E2.4, der über die zweite Elektromaschine 8 realisiert wird, ist das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei die Trennkupplung K0, das Schaltelement K3 zur drehfesten Verbindung der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 sowie das erste, zweite und dritte Schaltelement A, B, C geöffnet sind.
  • In den elektromotorischen Gängen E2.1, E2.2, E2.3, E2.4 erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs 100 ausschließlich über die zweite Elektromaschine 8, wobei der Verbrennungsmotor 3 stets von der Hybridgetriebevorrichtung 1 entkoppelt ist und somit nicht mitgeschleppt wird. Deswegen ist die Trennkupplung K0 in den elektromotorischen Gängen E2.1, E2.2, E2.3, E2.4 stets geöffnet.
  • Im elektromotorischen Betrieb des Fahrzeugs 100 sind Lastschaltungen möglich, indem die erste Elektromaschine 5 die Zugkraft stützt, wenn über die zweite Elektromaschine 5 eine Drehzahlanpassung zum Schalten erfolgt und umgekehrt, also indem die zweiter Elektromaschine 8 die Zugkraft stützt, wenn über die erste Elektromaschine 5 die Drehzahlanpassung zum Schalten erfolgt.
  • Im verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Betrieb des Kraftfahrzeugs 100 bleibt die Trennkupplung K0 immer geschlossen, so dass der Verbrennungsmotor 3 immer mit der zweiten Elektromaschine 8 verbunden ist. Über die zweite Elektromaschine 8 werden insbesondere die Funktionen Start des Verbrennungsmotors 3 aus rein elektrischer Fahrt, Bordnetzversorgung, serielles Kriechen und Fahren vorwärts oder rückwärts sowie Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 3 beim Ankoppeln und bei Schaltungen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 3 in die Gänge V1, V2 und V4 angekoppelt werden, wenn die erste Elektromaschine 5 den ersten elektromotorischen Gang E1.1 nutzt. Ferner kann der Verbrennungsmotor 3 in die Gänge V2, V3 und V4 angekoppelt werden, wenn die erste Elektromaschine 5 den zweiten elektromotorischen Gang E1.2 nutzt.
  • Der erste und zweite elektromotorische Gang E1.1, E1.2 sind die beiden Hauptgänge für die erste Elektromaschine 5. Der dritte und vierte elektromotorische Gang E1.3, E1.4 sind zwar im System verfügbar, können jedoch für die erste elektrische Maschine 5 ungenutzt bleiben. Insbesondere entspricht der dritte elektromotorische Gang E1.3 von der Übersetzung dem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 und ist daher sogar kürzer als der zweite elektromotorische Gang E1.2. Die zweite Elektromaschine 8 kann beim Entlasten der Schaltelemete K3, B, D unterstützen, indem sie generatorisch arbeitet. Der von der zweiten Elektromaschine 8 erzeugte Strom kann dann von der ersten Elektromaschine 5 zur Zugkraftstützung genutzt werden.
  • Mittels der ersten Elektromaschine 5 werden die Funktionen elektrischer Fahrzeugantrieb zum Anfahren und Fahren vorwärts oder rückwärts, Stützung der Zugkraft bei Gangschaltungen im verbrennungsmotorischen Betrieb, Starten des Verbrennungsmotors 3 und generatorische Stromerzeugung für einen Verbraucher, beispielsweise im Fahrzeugstillstand. Insbesondere kann die erste Elektromaschine 5 über den ersten oder zweiten elektromotorischen Gang E1.1, E1.2 die Zugkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel bei den Schaltelementen K3, B, D erfolgt. Über das Schaltelement K3, das im geschlossenen Zustand die erste und zweite Getriebeeingangswelle 2, 4 drehfest miteinander verbindet, kann die erste Elektromaschine 5 mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden werden, sofern die Trennkupplung K0 geschlossen oder nicht vorhanden ist. Dadurch kann die erste Elektromaschine 5 den Verbrennungsmotor 3 starten oder vom Verbrennungsmotor angetrieben werden, um generatorisch zur Stromerzeugung für einen Verbraucher beispielsweise im Fahrzeugstillstand dienen.
  • Bei einer Lastschaltung im Hybridbetrieb des Kraftfahrzeugs 100 aus dem ersten verbrennungsmotorischen Gang V1 in den zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 sind zunächst die Schaltelemente K0, A und K3 geschlossen, wobei das Kraftfahrzeug 100 im ersten verbrennungsmotorischen Gang V1 betrieben wird. Durch Einleitung der Lastschaltung erfolgt ein Lastabbau an dem Schaltelement K3 und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten Elektromaschine 5. Der Lastabbau kann dadurch erfolgen, dass der Verbrennungsmotor 3 und die zweite Elektromaschine das Moment abbauen oder wenn die zweite Elektromaschine 8 das Moment des Verbrennungsmotors 3 generatorisch ausgleicht, sodass die Summe der Momente des Verbrennungsmotors 3 und der zweiten Elektromaschine 8 in etwa null ist. Dann wird das Schaltelement K3 geöffnet. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 und der zweiten Elektromaschine 8 wird abgesenkt, sodass das zweite Schaltelement B synchron wird. Dazu kann beispielsweise die zweite Elektromaschine 8 generatorisch betrieben werden oder der Verbrennungsmotor 3 kann in den Schubbetrieb gehen. Danach wird das zweite Schaltelement B eingelegt. Im zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 sind die Schaltelemente K0 und B geschlossen.
  • Insbesondere kann im Hybridbetrieb vorteilhafterweise eine Absenkung der Drehzahl der ersten Elektromaschine 5 erfolgen. Wenn das Schaltelement K3 geöffnet ist, kann lastfrei im Hintergrund aus dem ersten elektromotorischen Gang E1.1 in den zweiten elektromotorischen Gang E1.2 gewechselt werden. Dadurch wird die Drehzahl der ersten Elektromaschine 5 abgesenkt. Diese Umschaltung erfolgt während der Verbrennungsmotor 3 und/oder die zweite Elektromaschine 8 in einem der zweiten oder vierten Gang die Zugkraft aufrechterhält. Beispielsweise kann im Hybridbetrieb die erste Elektromaschine 5 abgekoppelt werden, wenn der Verbrennungsmotor 3 den zweiten oder vierten Gang nutzt. So ist ein effizienter verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb möglich. Insbesondere kann die zweite Elektromaschine 8 kleiner dimensioniert werden als die erste Elektromaschine 5, da die zweite Elektromaschine 8 keine wesentlichen Fahrfunktionen erfüllen muss.
  • 3c zeigt den Antriebsstrang gemäß 3a stark abstrahiert als Prinzip-Skizze. Das erste und dritte Schaltelement A, C sind von einem ersten gemeinsamen Aktuator 41 betätigbar. Das zweite und vierte Schaltelement B, D sind von einem zweiten gemeinsamen Aktuator 42 betätigbar. Das Schaltelement K3 zum Verbinden der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 ist von einem dritten Aktuator 43 betätigbar. Die Trennkupplung K0 zum Abkoppeln des Verbrennungsmotors 3 ist von einem vierten Aktuator 44 betätigbar. Der Prinzip-Skizze ist der Leistungsfluss von der jeweiligen Antriebsmaschine, also von dem Verbrennungsmotor 3, ersten Elektromaschine 5 bzw. zweiten Elektromaschine 8 über den jeweiligen Leistungspfad bis zum Differenzial 6 zu entnehmen, wobei die Schaltmatrix gemäß 3b entsprechend für 3c gilt.
  • Beispielsweise sind in dem ersten verbrennungsmotorischen Gang V1 nur die Schaltelemente K0, K3 und A geschlossen, damit der Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor 3 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise ist in dem ersten elektromotorischen Gang E1.1 der ersten Elektromaschine 5 nur das erste Schaltelement A geschlossen, damit der Leistungsfluss von der ersten Elektromaschine 5 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise sind in dem ersten elektromotorischen Gang E2.1 der zweiten Elektromaschine 8 nur die Schaltelemente K3 und A geschlossen, damit der Leistungsfluss von der zweiten Elektromaschine 8 bis zum Differenzial 6 realisiert wird.
  • Beispielsweise sind in dem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 nur die Schaltelemente K0 und B geschlossen, damit der Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor 3 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise sind in dem zweiten elektromotorischen Gang E1.2 der ersten Elektromaschine 5 nur die Schaltelemente K3 und B geschlossen, damit der Leistungsfluss von der ersten Elektromaschine 5 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise ist in dem zweiten elektromotorischen Gang E2.2 der zweiten Elektromaschine 8 nur das zweite Schaltelement B geschlossen, damit der Leistungsfluss von der zweiten Elektromaschine 8 bis zum Differenzial 6 realisiert wird.
  • Beispielsweise sind in dem dritten verbrennungsmotorischen Gang V3 nur die Schaltelemente K0; K3 und C geschlossen, damit der Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor 3 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise ist in dem dritten elektromotorischen Gang E1.3 der ersten Elektromaschine 5 nur das dritte Schaltelemente C geschlossen, damit der Leistungsfluss von der ersten Elektromaschine 5 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise sind in dem dritten elektromotorischen Gang E2.2 der zweiten Elektromaschine 8 nur die Schaltelemente C und K3 geschlossen, damit der Leistungsfluss von der zweiten Elektromaschine 8 bis zum Differenzial 6 realisiert wird.
  • Beispielsweise sind in dem vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 nur die Schaltelemente K0 und D geschlossen, damit der Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor 3 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise sind in dem vierten elektromotorischen Gang E1.4 der ersten Elektromaschine 5 nur die Schaltelemente K3 und D geschlossen, damit der Leistungsfluss von der ersten Elektromaschine 5 bis zum Differenzial 6 realisiert wird. Beispielsweise ist in dem vierten elektromotorischen Gang E2.4 der zweiten Elektromaschine 8 nur das vierte Schaltelement D geschlossen, damit der Leistungsfluss von der zweiten Elektromaschine 8 bis zum Differenzial 6 realisiert wird.
  • 4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Antriebsstrangs, die im Wesentlichen auf die Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 3a beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 3a und 2 verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a durch den Entfall des als Trennkupplung K0 ausgebildeten Schaltelements sowie dem Entfall des Aktuators zur Betätigung dieser Trennkupplung K0. Mithin werden insgesamt drei Aktuatoren zum Schalten der Gänge benötigt. Die erste Getriebeeingangswelle 2 ist drehfest mit der Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 verbunden. Vorteilhaft ist der vereinfachte Aufbau gegenüber der Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 3a. Bis auf den rein elektrischen Fahrbetrieb mit der zweiten Elektromaschine 8 und eine rein elektrische Lastschaltung, die ohne die Trennkupplung K0 nicht realisierbar sind, sind alle anderen Fahrmodi, die für die Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 3a realisierbar sind, auch mit dem Antriebsstrang gemäß 4 realisierbar. Die Schaltmatrix gemäß 3b gilt entsprechend.
  • 5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Antriebsstrangs, die im Wesentlichen auf die Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 4 beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 4, 3a und 2 verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch ein zusätzliches Planetengetriebe 30, das im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine 5 und der zweiten Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist. Das Planetengetriebe 30 ist koaxial zu der ersten Achse A1 angeordnet und umfasst ein Sonnenrad 31, ein Hohlrad 32 und einen Planetenträger 33 mit mehreren Planetenrädern 34. Das Sonnenrad 31 ist drehfest mit einem Gehäuse G der Hybridgetriebevorrichtung 1 verbunden, also stationär festgelegt. Das Hohlrad 32 ist drehfest mit dem Rotor 5.1 der ersten Elektromaschine 5 verbunden. Der Planetenträger 33 ist drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für einen Hybridantriebsstrang mit einer relativ kleinen Batterie, die nur eine sehr begrenzte elektrische Leistung zur Verfügung stellen kann. Dies schränkt die Möglichkeiten im rein elektrischen Fahrbetrieb mit einer bzw. zwei Elektromaschinen ein. Die zweite Elektromaschine 8 steht nicht als Fahrmaschine zur Verfügung, sondern wird insbesondere als Generator betrieben. Deshalb ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine 5 und der zweiten Getriebeeingangswelle 4 die als Planetengetriebe 30 ausgebildete Vorübersetzung angeordnet. Dadurch können ohne eine Unterstützung der zweiten Elektromaschine 8 höhere Momente im rein elektrischen Fahrbetrieb mit der ersten Elektromaschine 5 erreicht werden. Da kein rein elektrischer Betrieb mit beiden Elektromaschinen 5, 8 benötigt wird, entfällt die Trennkupplung K0 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3a.
  • 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Antriebsstrangs, die im Wesentlichen auf die Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 2 beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 2 verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 durch eine Bremse 9. Die Bremse 9 ist auf einer fünften Achse A5, die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse A1, A2, A3, A4 ausgebildet ist, angeordnet. Die Bremse 9 ist bevorzugt als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet und von einem nicht dargestellten Aktuator betätigbar, wobei diese im geschlossenen Zustand eine Ritzelwelle 9.1 die koaxial zur Bremse 9 angeordnet ist, drehfest mit einem Gehäuse G der Hybridgetriebevorrichtung 1 verbindet. Vorliegend ist die Ritzelwelle 9.1 mit dem zweiten Ganglosrad 12 an der ersten Vorgelegewelle 10 im Zahneingriff. Alternativ kann die Ritzelwelle 9.1 mit dem vierten Ganglosrad 22 an der zweiten Vorgelegewelle 20 im Zahneingriff sein. Ferner alternativ kann die Ritzelwelle 9.1 mit dem Festrad 2.1 an der ersten Getriebeeingangswelle 2 im Zahneingriff sein.
  • Gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a führt der Ersatz der zweiten Elektromaschine durch die Bremse 9 zu einer Kostensenkung und einer Einschränkung der Funktionen. Insbesondere entfallen gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a das serielle Fahren, die rein elektrische Lastschaltung, der Start des Verbrennungsmotors 3 aus rein elektrischer Fahrt und die Unterstützung der Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors beim Ankoppeln und bei Schaltungen mittels der zweiten Elektromaschine. Die als Getriebebremse wirkende Bremse 9 ermöglicht Im Hybridbetrieb des Fahrzeugs 100 beispielsweise eine Lastschaltung aus dem ersten verbrennungsmotorischen Gang V1 in den zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2. Ausgangspunkt ist der erste verbrennungsmotorische Gang V1, wobei die Schaltelemente K3 und A geschlossen sind. Beim Einleiten der Lastschaltung erfolgt ein Lastabbau an dem Schaltelement K3 und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten Elektromaschine 5. Der Lastabbau kann erfolgen, indem der Verbrennungsmotor 3 das Moment abbaut. Danach wird das Schaltelement K3 geöffnet, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 abgesenkt wird, sodass Schaltelement B synchron wird. Dazu bremst die Bremse 9 mittelbar die erste Getriebeeingangswelle 2 ab. Mithin wirkt die Bremse 9 als Bremse für den Verbrennungsmotor 3. Alternativ oder unterstützend kann der Verbrennungsmotor 3 in den Schubbetrieb gehen. Danach kann das Schaltelement B eingelegt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridgetriebevorrichtung
    2
    erste Getriebeeingangswelle
    2.1
    Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle
    3
    Verbrennungsmotor
    3.1
    Kurbelwelle
    4
    zweite Getriebeeingangswelle
    4.1
    Festrad an der zweiten Getriebeeingangswelle
    5
    erste Elektromaschine
    5.1
    Rotor der ersten Elektromaschine
    5.2
    Stator der ersten Elektromaschine
    6
    Differenzial
    6.1
    erste Seitenwelle
    6.2
    zweite Seitenwelle
    7
    dritte Getriebeeingangswelle
    7.1
    Festrad an der dritten Getriebeeingangswelle
    8
    zweite Elektromaschine
    8.1
    Rotor der zweiten Elektromaschine
    8.2
    Stator der zweiten Elektromaschine
    9
    Bremse
    9.1
    Ritzelwelle
    10
    erste Vorgelegewelle
    11
    erstes Ganglosrad an der ersten Vorgelegewelle
    12
    zweites Ganglosrad an der ersten Vorgelegewelle
    13
    Festrad an der ersten Vorgelegewelle
    20
    zweite Vorgelegewelle
    21
    drittes Ganglosrad an der zweiten Vorgelegewelle
    22
    viertes Ganglosrad an der zweiten Vorgelegewelle
    23
    Festrad an der zweiten Vorgelegewelle
    30
    Planetengetriebe
    31
    Sonnenrad
    32
    Hohlrad
    33
    Planetenträger
    34
    Planetenrad
    41
    erster Aktuator
    42
    zweiter Aktuator
    43
    dritter Aktuator
    44
    vierter Aktuator
    G
    Gehäuse
    K0
    Trennkupplung
    K3
    Schaltelement
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    A1
    erste Achse
    A2
    zweite Achse
    A3
    dritte Achse
    A4
    vierte Achse
    A5
    fünfte Achse
    100
    Kraftfahrzeug
    101
    Rad
    102
    Rad
    103
    Rad
    104
    Rad
    V1
    erster verbrennungsmotorischer Gang
    V2
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang
    V3
    dritter verbrennungsmotorischer Gang
    V4
    vierter verbrennungsmotorischer Gang
    E1.1
    erster elektromotorischer Gang der ersten Elektromaschine
    E1.2
    zweiter elektromotorischer Gang der ersten Elektromaschine
    E1.3
    dritter elektromotorischer Gang der ersten Elektromaschine
    E1.4
    vierter elektromotorischer Gang der ersten Elektromaschine
    E2.1
    erster elektromotorischer Gang der zweiten Elektromaschine
    E2.2
    zweiter elektromotorischer Gang der zweiten Elektromaschine
    E2.3
    dritter elektromotorischer Gang der zweiten Elektromaschine
    E2.4
    vierter elektromotorischer Gang der zweiten Elektromaschine
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2017129323 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebevorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (100), aufweisend • zumindest eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle (3.1) eines Verbrennungsmotors (3), • zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur zumindest mittelbaren Anbindung eines Rotors (5.1) einer ersten Elektromaschine (5), wobei die beiden Getriebeeingangswellen (2, 4) koaxial zueinander auf einer ersten Achse (A1) angeordnet und über ein Schaltelement (K3) drehfest miteinander verbindbar sind, • eine erste Vorgelegewelle (10), die achsparallel zu der ersten Achse (A1) auf einer zweiten Achse (A2) angeordnet ist, mit einem ersten Ganglosrad (11) und einem zweiten Ganglosrad (12), wobei das erste Ganglosrad (11) über ein erstes Schaltelement (A) mit der ersten Vorgelegewelle (10) drehfest verbindbar ist, wobei das zweite Ganglosrad (12) über ein zweites Schaltelement (B) mit der ersten Vorgelegewelle (10) drehfest verbindbar ist, • eine zweite Vorgelegewelle (20), die achsparallel zu der ersten und zweiten Achse (A1, A2) auf einer dritten Achse (A3) angeordnet ist, mit einem dritten Ganglosrad (21) und einem vierten Ganglosrad (22), wobei das dritte Ganglosrad (21) über ein drittes Schaltelement (C) mit der zweiten Vorgelegewelle (20) drehfest verbindbar ist, wobei das vierte Ganglosrad (22) über ein viertes Schaltelement (D) mit der zweiten Vorgelegewelle (20) drehfest verbindbar ist, • ein Differenzial (6) mit einer ersten Seitenwelle (6.1) und einer zweiten Seitenwelle (6.2), wobei die beiden Seitenwellen (6.1, 6.2) zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet und auf einer vierten Achse (A4) angeordnet sind, wobei die vierte Achse (A4) achsparallel zu der ersten, zweiten und dritten Achse (A1, A2, A3) angeordnet ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) genau ein Festrad (2.1) aufweist, wobei dieses Festrad (2.1) mit dem zweiten und vierten Ganglosrad (12, 22) im Zahneingriff ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) genau ein Festrad (4.1) aufweist, wobei dieses Festrad (4.1) mit dem ersten und dritten Ganglosrad (11, 21) im Zahneingriff ist, wobei jede der beiden Vorgelegewellen (2, 4) genau ein Festrad (13, 23) aufweist, wobei das Festrad (13) an der ersten Vorgelegewelle (10) mit einer Verzahnung (6.3) am Differenzial (6) im Zahneingriff ist, und wobei das Festrad (23) an der zweiten Vorgelegewelle (20) mit der Verzahnung (6.3) am Differenzial (6) im Zahneingriff ist.
  2. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Getriebeeingangswelle (7) zur Anbindung eines Rotors (8.1) einer zweiten Elektromaschine (8), wobei die dritte Getriebeeingangswelle (7) auf einer fünften Achse (A5), die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse (A1, A2, A3, A4) ausgebildet ist, angeordnet ist und genau ein Festrad (7.1) aufweist, wobei dieses Festrad (7.1) mit dem zweiten Ganglosrad (12) oder mit dem vierten Ganglosrad (22) oder mit dem Festrad (2.1) an der ersten Getriebeeingangswelle (2) im Zahneingriff ist.
  3. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Bremse (9) zur drehfesten Verbindung des zweiten Ganglosrades (12) mit einem Gehäuse (G) der Hybridgetriebevorrichtung (1).
  4. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Bremse (9) auf einer fünften Achse (A5), die achsparallel zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Achse (A1, A2, A3, A4) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei die Bremse (9) dazu eingerichtet ist, über eine drehfest mit dem Gehäuse (G) verbindbare Ritzelwelle (9.1) das zweite Ganglosrad (12) oder das vierte Ganglosrad (22) oder das Festrad (2.1) an der ersten Getriebeeingangswelle (2) stationär festzulegen.
  5. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Planetengetriebe (30), das koaxial zu der ersten Achse (A1) im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine (5) und der zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist, wobei das Planetengetriebe (30) ein Sonnenrad (31), ein Hohlrad (32) und einen Planetenträger (33) mit mehreren Planetenrädern (34) aufweist.
  6. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Sonnenrad (31) drehfest mit einem Gehäuse (G) der Hybridgetriebevorrichtung (1) verbunden ist, wobei das Hohlrad (32) zur drehfesten Anbindung des Rotors (5.1) der ersten Elektromaschine (5) eingerichtet ist, und wobei der Planetenträger (33) drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist.
  7. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Schaltelemente (A, B, C, D, K3) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind.
  8. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle (2) ein als Trennkupplung (K0) ausgebildetes Schaltelement angeordnet ist, wobei die Trennkupplung (K0) dazu eingerichtet ist, die Hybridgetriebevorrichtung (1) von der Kurbelwelle (3.1) des Verbrennungsmotors (3) abzukoppeln.
  9. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste und dritte Schaltelement (A, C) von einem ersten gemeinsamen Aktuator (41) betätigbar sind.
  10. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zweite und vierte Schaltelement (B, D) von einem zweiten gemeinsamen Aktuator (42) betätigbar sind.
  11. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) als Vollwelle ausgebildet ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist, und wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) zumindest teilweise axial innerhalb der zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist.
  12. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug (100) umfassend einen Verbrennungsmotor (3), eine erste Elektromaschine (5) und eine Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Verbrennungsmotor (3) und die erste Elektromaschine (5) koaxial zueinander auf der ersten Achse (A1) angeordnet sind.
  14. Antriebsstrang nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine zweite Elektromaschine (8) achsparallel zu dem Verbrennungsmotor (3) und der ersten Elektromaschine (5) angeordnet ist.
  15. Kraftfahrzeug (100) mit einem Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
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DE102019212119A1 (de) 2019-08-13 2021-02-18 Zf Friedrichshafen Ag Kompaktes lastschaltbares Getriebe
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