DE102021208626A1 - Getriebevorrichtung für einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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

Getriebevorrichtung (1) für einen Hybridantriebsstrang (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit einem Verbrennungsmotor (3) gekoppelte oder koppelbare erste Welle (13) und zwei Vorgelegewellen (5, 6) und eine elektrische Maschine (20), wobei die Getriebevorrichtung (1) drei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Schaltebenen (7-9) aufweist, wobei die elektrische Maschine (20) mit einem Planetengetriebe (19) gekoppelt in der dritten Schaltebene (9) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit einem Verbrennungsmotor gekoppelte oder koppelbare erste Welle und zwei Vorgelegewellen und eine elektrische Maschine.
  • Getriebevorrichtungen für Hybridantriebsstränge für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Getriebevorrichtungen sind in einem Kraftfahrzeug bzw. dessen Antriebsstrang mit wenigstens einem Verbrennungsmotor und wenigstens einer elektrischen Maschine gekoppelt und ermöglichen beispielsweise einen wahlweisen Antrieb des Kraftfahrzeugs über den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine. Hierbei können verschiedene Betriebsmodi bzw. Fahrmodi realisiert werden, insbesondere kann die elektrische Maschine zur Unterstützung des Fahrbetriebs oder zur Ausführung eines rein elektrischen Fahrbetriebs verwendet werden. Die elektrische Maschine kann ferner als Anfahrelement dienen und ein sogenanntes elektrodynamisches Anfahrelement („EDA“) bilden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines Lastschaltverfahrens die Zugkraft elektromotorisch zu unterstützen oder aufzubringen, beispielsweise um den Verbrennungsmotor lastfrei zu stellen und einen entsprechenden Schaltvorgang durchzuführen.
  • Bei bekannten Getriebevorrichtungen wird zumeist eine Vielzahl an Radebenen bzw. Schaltebenen benötigt, um eine entsprechend große Anzahl an Gängen bereitzustellen. Ferner stellt regelmäßig die Anordnung der elektrischen Maschine eine Herausforderung dar. Diese wird üblicherweise über wenigstens ein Zahnrad an eine von mehreren Wellen, beispielsweise Vorgelegewellen, angekoppelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber kompaktere Getriebevorrichtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung eine Getriebevorrichtung für einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welche Getriebevorrichtung eine erste Welle und zwei Vorgelegewellen umfasst, wobei die Getriebevorrichtung über die erste Welle mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt oder koppelbar ist. Ferner weist die Getriebevorrichtung eine elektrische Maschine auf, die, wie zuvor beschrieben, für verschiedene Fahrmodi des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. Im Speziellen weist die Getriebevorrichtung drei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Schaltebenen auf, wobei die elektrische Maschine mit einem Planetengetriebe gekoppelt in der dritten Schaltebene angeordnet ist.
  • Als Axialrichtung wird im Sinne vorliegender Anmeldung die Erstreckungsrichtung der Drehachsen betrachtet, also beispielsweise die Erstreckungsrichtung, in der sich die erste Welle und die beiden Vorgelegewellen erstrecken. Die Anordnung der einzelnen Schaltebenen hintereinander in Axialrichtung ist somit vom Getriebeeingang zu verstehen, beispielsweise an einem Anbindungspunkt, an dem die erste Welle mit dem Verbrennungsmotor koppelbar bzw. gekoppelt ist. Von diesem Punkt aus erstrecken sich die Schaltebenen somit als erste, zweite und dritte Schaltebene, wobei die elektrische Maschine und das beschriebene Planetengetriebe in der dritten Schaltebene angeordnet sind. Hierbei weist die Getriebevorrichtung insbesondere genau drei Schaltebenen auf. Zwischen dem Getriebeeingang und dem Planetengetriebe sind somit zwei weitere Schaltebenen angeordnet. In den beiden Schaltebenen, die zwischen dem Getriebeeingang und der dritten Schaltebene liegen, befindet sich somit jeweils ein Zahnrad auf der ersten Welle, das mit wenigstens einem entsprechenden Zahnrad auf einer der Vorgelegewellen in Eingriff steht.
  • Da vorliegend drei Schaltebenen verwendet werden, wobei zwei der Schaltebenen auf der ersten Welle bzw. den Vorgelegewellen angeordnet sind und die elektrische Maschine über das Planetengetriebe angekoppelt ist, ergibt sich eine in Axialrichtung vergleichsweise kompakte Bauform. Hierbei können durch das Planetengetriebe bevorzugt genau zwei elektrische Gänge bereitgestellt werden, wobei die elektrischen Gänge ebenfalls auf den Vorgelegewellen angeordnete Gangräder, insbesondere einer einzigen Vorgelegewelle, nutzen können.
  • Nach einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in Axialrichtung innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet ist. Nach dieser Ausgestaltung sind das Planetengetriebe und die elektrische Maschine, insbesondere der Rotor der elektrischen Maschine „geschachtelt“ ausgebildet, d.h., dass das Planetengetriebe zumindest abschnittsweise in einem von dem Rotor der elektrischen Maschine begrenzten Raumvolumen angeordnet ist. Hierbei kann das Planetengetriebe größtenteils, insbesondere vollständig, innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet sein, d.h., dass das Planetengetriebe in radialer Richtung zumindest abschnittsweise von dem Rotor der elektrischen Maschine umgeben ist. Durch die Anordnung des Planetengetriebes innerhalb des Rotors kann weiter in Axialrichtung Bauraum eingespart werden. Dadurch kann die kompakte Ausführung der Getriebevorrichtung weiter verbessert werden.
  • Die elektrische Maschine kann insbesondere konzentrisch auf bzw. zu der ersten Wellen angeordnet sein. Somit können Planetengetriebe und elektrische Maschine in der dritten Schaltebene koaxial zueinander und konzentrisch auf der ersten Welle angeordnet sein. Die elektrische Maschine muss somit nicht separat auf der ersten Welle oder einer der Vorgelegewellen über einen Zahneingriff angekoppelt werden, sondern die elektrische Maschine kann bereits konzentrisch auf bzw. zu der ersten Welle angeordnet werden, wobei, wie zuvor beschrieben, das Planetengetriebe ebenfalls auf bzw. konzentrisch zu der ersten Welle angeordnet sein kann, nämlich insbesondere zumindest abschnittsweise innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine. Elektrische Maschine und Planetegetriebe können insbesondere auf einer zweiten Welle angeordnet sein, die auf derselben Drehachse angeordnet ist, wie die erste Welle.
  • Die Getriebevorrichtung kann letztlich eine beliebige Anzahl von Schalteinrichtungen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, verschiedene Elemente der Getriebevorrichtungen lösbar miteinander zu koppeln. Nach einer Ausführung der Getriebevorrichtungen kann die Getriebevorrichtung wenigstens vier Schalteinrichtungen aufweisen. Hierbei kann eine erste Schalteinrichtung auf einer ersten Vorgelegewelle angeordnet und dazu ausgebildet sein, ein erstes Losrad mit der ersten Vorgelegewelle lösbar zu koppeln und eine zweite Schalteinrichtung auf einer zweiten Vorgelegewelle angeordnet und dazu ausgebildet sein, ein zweites Losrad mit der zweiten Vorgelegewelle lösbar zu koppeln. Ferner kann eine dritte Schalteinrichtung auf der zweiten Welle angeordnet und dazu ausgebildet sein, das Planetengetriebe zu sperren. Der Begriff „Sperren“ des Planetengetriebes kann auch als „Verblocken“ des Planetengetriebes verstanden werden. Das Planetengetriebe kann dabei im gesperrten bzw. verblocken Zustand überbrückt werden.
  • In der ersten Schaltebene bzw. Radebene kann die erste Welle einen Abschnitt aufweisen, der in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist und zumindest abschnittsweise eine zweite Welle umgibt. Von der ersten Welle können die Zahnräder angetrieben werden, die auf den Vorgelegewellen angeordnet sind. In der zweiten Radebene kann die erste Welle oder eine dritte Welle, die die zweite Welle umgreift, ein Festrad aufweisen, das beispielsweise mit einem Festrad auf einer der Vorgelegewellen in Eingriff steht. Hierbei kann das Festrad auf der Vorgelegewelle auch als Losrad ausgeführt sein.
  • Für die Ausführung der Sperrung bzw. Verblockung des Planetengetriebes ergeben sich mehrere Möglichkeiten. Die beschriebene dritte Schalteinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, die zweite Welle mit dem Rotor der elektrischen Maschine direkt zu verbinden. Ebenso ist es möglich, die zweite Welle oder die dritte Welle an das Hohlrad des Planetengetriebes zu koppeln, wobei der Rotor an dem Sonnenrad des Planetengetriebes angekoppelt ist. Eine weitere mögliche besteht darin, den Planetenträger mit dem Hohlrad oder die Sonne mit dem Planetengetriebe zu koppeln.
  • Wie beschrieben, weist die Getriebevorrichtung zwei Vorgelegewellen auf, wobei die beiden auf den Vorgelegewellen angeordneten Losräder mit einem Festrad in Eingriff stehen können, das auf einer auf der ersten Welle angeordnet ist. Hierbei kann die erste Welle mittels einer vierten Schalteinrichtung mit der zweiten Welle lösbar koppelbar sein oder die beiden Losräder können mit einem Festrad auf der ersten Welle in Eingriff stehen und die erste Welle mittels der vierten Schalteinrichtung mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes lösbar koppeln, insbesondere durch Kopplung an die zweite Welle. Zum einen ist es somit möglich, dass jede der Vorgelegewellen wenigstens ein Losrad aufweist, wobei die beiden Losräder mit einem Festrad auf der ersten Welle in Eingriff stehen. Somit teilen sich die beiden Losräder das gleiche Festrad auf der ersten Welle, sodass das Festrad wenigstens zwei Zahneingriffe mit den beiden Losrädern auf den Vorgelegewellen aufweist.
  • Das Festrad ist dabei insbesondere an der ersten Welle der angeordnet, wobei es möglich ist, dass die erste Welle in diesem Bereich als Vollwelle oder als Hohlwelle ausgebildet ist. Die beschriebene vierte Schalteinrichtung kann dabei insbesondere dazu ausgebildet sein, die erste Welle mit der zweiten Welle zu verbinden, d.h., den die zweite Welle umgebenden hohlwellenförmigen Abschnitt der ersten Welle mit der zweiten Welle zu koppeln. Die erste und zweite Welle können auch beide als Vollwellen ausgeführt sein. Je nach Schaltzustand der vierten Schalteinrichtung ist somit eine Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle hergestellt oder getrennt.
  • Die Getriebevorrichtung kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die erste Welle oder die die zweite Welle mittels einer fünften Schalteinrichtung mit einer dritten Welle lösbar koppelbar ist, wobei an der dritten Welle ein Festrad angeordnet ist, das mit einem Zahnrad, insbesondere einem Festrad, auf der ersten Vorgelegewelle in Eingriff steht und/oder auf der dritten Welle der Planetenträger des Planetengetriebes angeordnet ist.
  • Die erste Welle kann zweiteilig ausgeführt sein, sodass das zuvor beschriebene Festrad, das mit den beiden Losrädern auf den Vorgelegewellen in Eingriff steht, auf einem ersten Teil der ersten Welle und das Festrad, das mit einem Festrad oder Losrad auf einer der Vorgelegewellen in Eingriff steht, auf dem zweiten Teil der ersten Welle angeordnet ist. Beide können dabei die zweite Welle umgreifen, wobei mittels der vierten Schalteinrichtung die erste Welle mit der zweiten Welle koppelbar ist und mittels der fünften Schalteinrichtung die beiden Teile der ersten Wellen miteinander bzw. die erste Welle mit der dritten Welle koppelbar sind. Die vierte Schalteinrichtung und die fünfte Schalteinrichtung kann dazu insbesondere als Doppelschaltelement ausgebildet sein. In dieser Ausführung kann insbesondere die dritte Welle mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden sein.
  • Die Getriebevorrichtung kann ferner eine sechste Schalteinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die zweite Welle lösbar mit einem Getriebegehäuse oder einem Gehäuse der elektrischen Maschine zu koppeln. Insbesondere kann dabei die zuvor beschriebene zweite Welle, insbesondere an einem dem Getriebeeingang gegenüberliegenden Ende der zweiten Welle mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine bzw. einem Getriebegehäuse koppelbar sein. Somit kann die erste Welle bzw. die zweite Welle festgestellt werden, wobei an der zweiten Welle insbesondere das Hohlrad des Planetengetriebes angebunden sein kann.
  • Wie beschrieben, können die einzelnen Schalteinrichtungen beliebig als Doppelschaltelemente oder Einzelschaltelemente ausgeführt sein. Hierbei können wenigstens zwei Schalteinrichtungen, insbesondere alle Schalteinrichtungen, als Doppelschaltelemente ausgebildet sein. Insbesondere können die erste und die zweite Schalteinrichtung und/oder die vierte und die fünfte Schalteinrichtung und/oder die dritte und die sechste Schalteinrichtung als Doppelschaltelement ausgeführt sein. Alternativ ist es ebenso möglich, dass wenigstens zwei Schalteinrichtungen als Einzelschaltelemente ausgebildet sind, insbesondere die vierte und die fünfte Schalteinrichtung.
  • Die Getriebevorrichtung kann ferner wenigstens eine zweite elektrische Maschine aufweisen. Die zweite elektrische Maschine kann hierbei achsparallel zu der ersten Welle bzw. den beiden Vorgelegewellen angeordnet sein. Die zweite elektrische Maschine kann insbesondere ein Abtriebselement aufweisen, das mit den Zahnrädern an der ersten Schaltebene bzw. Radebene steht. Hierbei kann insbesondere das zuvor beschriebene, auf der ersten Welle angeordnete Festrad drei Zahneingriffe aufweisen, nämlich kann das Festrad in Eingriff mit den Losräder auf den beiden Vorgelegewellen und dem Abtriebselement der zweiten elektrischen Maschine stehen.
  • Die Getriebevorrichtung kann ferner eine Trennkupplung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die erste Welle lösbar mit einem Verbrennungsmotor zu koppeln, wobei die Trennkupplung in Axialrichtung vor der ersten Zahnebene angeordnet ist. Wie beschrieben, kann die erste Welle einen Getriebeeingang der Getriebevorrichtung darstellen, wobei die Getriebevorrichtung über den Getriebeeingang der ersten Welle mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden kann. In diesem Bereich kann die Trennkupplung angeordnet werden, wobei die Trennkupplung je nach Schließzustand die Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Getriebevorrichtung, insbesondere der ersten Welle, herstellt oder trennt.
  • Durch die Anordnung der Trennkupplung vor der ersten Zahnebene können verschiedene Betriebsmodi realisiert werden. Insbesondere kann hierbei der Verbrennungsmotor vollständig von der Getriebevorrichtung getrennt werden. Im getrennten Zustand des Verbrennungsmotors ist ein Betrieb des Kraftfahrzeugs über die elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine möglich. Hierbei sind rein elektrische Betriebsarten durch eine oder beide elektrische Maschinen möglich. Ebenso ist eine Verwendung als Startergenerator möglich.
  • Neben der Getriebevorrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine beschriebene Getriebevorrichtung. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Getriebevorrichtung beschrieben wurden, sind 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 eine Getriebevorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 2 eine Getriebevorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    • 3 eine Getriebevorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
    • 4 eine Getriebevorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel;
    • 5 eine Getriebevorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel;
    • 6 eine Getriebevorrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel;
    • 7 eine Getriebevorrichtung nach einem siebten Ausführungsbeispiel; und
    • 8 eine Getriebevorrichtung nach einem achten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt eine Getriebevorrichtung 1 für einen Hybridantriebsstrang 2 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Getriebevorrichtung 1 ist mit einem Verbrennungsmotor 3 koppelbar bzw. gekoppelt und weist eine erste Welle 13 und zwei Vorgelegewellen 5, 6 auf. Auf der ersten Welle 13 befinden sich drei Schaltebenen bzw. Radebenen, nämlich eine erste Schaltebene 7, eine zweite Schaltebene 8 und eine dritte Schaltebene 9, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Als Axialrichtung wird hierbei die Anordnung der Vorgelegewellen 5, 6 sowie der ersten Welle 13 verstanden.
  • In der ersten Schaltebene 7 ist auf der ersten Welle 13 ein Festrad 10 angeordnet, das mit jeweils einem Losrad 11, 12 in Eingriff steht, die auf den Vorgelegewellen 5, 6 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Welle 13 in dem Abschnitt einen Hohlwellenabschnitt auf, der eine zweite Welle 14 umgreift. Die zweite Welle 14 wird ferner von einer dritten Welle 15 umgriffen, wobei die erste Welle 13 und die dritte Welle 15 in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Das erste Losrad 11 auf der ersten Vorgelegewelle 5 ist über eine erste Schalteinrichtung B mit der ersten Vorgelegewelle 5 koppelbar. Analog dazu ist das zweite Losrad 12 über eine zweite Schalteinrichtung C mit der zweiten Vorgelegewelle 6 koppelbar. Die Begriffe „erste“, „zweite“ usw. sind selbst verständlich austauschbar bzw. übertragbar.
  • Auf der dritten Welle 15 ist ein zweites Festrad 16 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Festrad 17 auf der ersten Vorgelegewelle 5 in Eingriff steht. Die dritte Welle 15 ist dabei mit dem Planetenträger 18 des Planetengetriebes 19 gekoppelt, das zusammen mit der elektrischen Maschine 20 in der dritten Schaltebene 9 angeordnet ist. Der Rotor 21 der elektrischen Maschine 20 steht ersichtlich mit dem Sonnenrad 22 des Planetengetriebes 19 in Verbindung, sodass über die Planeten 23 Drehmoment von dem Rotor 21 auf den Planetenträger 18 bzw. das Hohlrad 24 übertragen werden kann. Das Hohlrad 24 ist mit der zweiten Welle 14 verbunden.
  • Das Planetengetriebe 19 ist ersichtlich in Axialrichtung zumindest abschnittsweise innerhalb des Rotors 21 der elektrischen Maschine 20 angeordnet. Mit anderen Worten umgibt der Rotor 21 zumindest abschnittsweise in radialer Richtung das Planetengetriebe 19. Planetengetriebe 19 und elektrische Maschine 20 können somit in Axialrichtung als „geschachtelt“ bezeichnet werden. Durch die koaxiale, konzentrische Anordnung, wobei das Planetengetriebe 19 zumindest abschnittsweise innerhalb des Rotors 21 angeordnet ist, lässt sich eine besonders kompakte Bauform erreichen. Ebenso sind die Schalteinrichtungen E, F innerhalb des Rotors 21 angeordnet, sodass diese ebenfalls besonders bauraumsparend untergebracht werden können.
  • Die Getriebevorrichtung 1 weist ferner eine dritte Schalteinrichtung F auf, über die das Planetengetriebe 19 gesperrt bzw. verblockt werden kann. Ist die Schalteinrichtung F geschlossen, ist der Rotor 21 der elektrischen Maschine 20 direkt mit der zweiten Welle 14 und somit mit dem Hohlrad 24 verbunden, sodass das Planetengetriebe 19 letztlich überbrückt ist. Des Weiteren ist bei der Getriebevorrichtung 1 eine vierte Schalteinrichtung D vorgesehen, über die die erste erste Welle 13 mit der zweiten Welle 14 gekoppelt werden kann. Alternativ kann über eine fünfte Schalteinrichtung A die erste Welle 13 mit der dritten Welle 15 gekoppelt werden. Zudem weist die Getriebevorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine sechste Schalteinrichtung E auf, mittels der die zweite Welle 14 mit dem Getriebegehäuse gekoppelt werden kann. Grundsätzlich können die einzelnen Schalteinrichtungen A-F beliebig ausgeführt werden. Hierbei können zweckmäßigerweise die Schalteinrichtungen B, C und/oder die Schalteinrichtungen A, D und/oder die Schalteinrichtungen E, F als Doppelschaltelemente ausgeführt werden. Die Schalteinrichtungen A und E sind in diesem und den nachfolgenden Ausführungsbeispiel optional.
  • Die Getriebevorrichtung 1 kann optional eine zweite elektrische Maschine 25 aufweisen. Die zweite elektrische Maschine 25 kann insbesondere in Eingriff mit dem ersten Festrad 10 auf der ersten Welle 13 stehen, sodass das erste Festrad 10 letztlich drei Zahneingriffe aufweist, nämlich mit dem ersten Losrad 11, dem zweiten Losrad 12 und dem Abtriebselement der zweiten elektrischen Maschine 25.
  • Die Getriebevorrichtung 1 ermöglicht somit verschiedene Fahrmodi, die nachfolgend beschrieben werden sollen. Um die elektrische Maschine 20 als elektrodynamisches Anfahrelement zu verwenden, können sämtliche Schalteinrichtungen A-F geöffnet bleiben, bis auf die vierte Schalteinrichtung D, die geschlossen wird. In diesem Fall kann Drehmoment über den Rotor 21 über das Sonnenrad 22, die Planeten 23 an den Planetenträger 18, der mit der dritten Welle 15 gekoppelt ist, übertragen werden. Hierbei wird das Drehmoment über die Festräder 16, 17 an die erste Vorgelegewelle 5 übertragen und kann somit über den Abtrieb, beispielsweise an ein Differenzial, geleitet werden. In diesem Modus dient das Planetengetriebe 19 als Überlagerungsgetriebe, wobei die elektrische Maschine 20 über den Rotor 21 mit dem Sonnenrad 22 verbunden ist.
  • Der Verbrennungsmotor 3 ist bei geschlossener Schalteinrichtung D mit dem Hohlrad 24 gekoppelt. Dies ermöglicht insbesondere, dass auch bei leerem elektrischen Energiespeicher angefahren und gefahren werden kann. Ausgehend von diesem Modus ist ein direkter Übergang in weitere Gänge möglich, beispielsweise indem die Schalteinrichtung A geschlossen wird (sofern die Schalteinrichtungen A, D nicht als Doppelschaltelement ausgeführt sind) kann in den ersten Gang geschaltet werden. Eine zweite Variante des ersten Gangs ergibt sich, indem ausgehend von dem elektrodynamischen Anfahrmodus die Schalteinrichtung F geschlossen wird. Ebenso kann direkt in den zweiten Gang übergegangen werden, indem die Schalteinrichtung B geschlossen wird. Wird die Schalteinrichtung C geschlossen, ist der direkte Übergang in den dritten verbrennungsmotorischen Gang möglich.
  • Daneben können zwei verbrennungsmotorische erste Gänge erreicht werden, wobei der erste Gang nach einer ersten Variante durch Schließen der fünften Schalteinrichtung A und Öffnen der restlichen Schalteinrichtungen B-F erreicht wird. Dabei kann das von dem Verbrennungsmotor 3 erzeugte Drehmomente somit von der ersten Welle 13 an die dritte Welle 15 und somit über die Festräder 16, 17 an den Abtrieb der ersten Vorgelegewelle 5, wie in Bezug auf das elektrodynamische Anfahrelement beschrieben, übertragen werden. Der zweite verbrennungsmotorische Gang wird durch Schließen der dritten Schalteinrichtung F und der vierten Schalteinrichtung D erreicht, wobei alle übrigen Schalteinrichtungen geöffnet sind. In diesem Fall wird das Drehmoment von der ersten Welle 13 an die zweite Welle 14 und über den Rotor 21, über das Sonnenrad 22 und die Planeten 23 an den Planetenträger 18 und somit wieder über die Festräder 16, 17 an den Abtrieb der ersten Vorgelegewelle 5 geleitet.
  • Der zweite verbrennungsmotorische Gang wird durch alleiniges Schließen der ersten Schalteinrichtung B erzeugt, sodass das Drehmoment von der ersten Welle 13 über das Festrad 12 an das Losrad 11 und somit an die erste Vorgelegewelle 5 und deren Abtrieb geleitet werden kann. Der dritte verbrennungsmotorische Gang wird entsprechend durch alleiniges Schließen der zweiten Schalteinrichtung C erreicht, sodass das Drehmoment von der ersten Welle 13 über das Festrad 10 an das Losrad 12 der zweiten Vorgelegewelle 6 und somit zu dessen Abtrieb geleitet werden kann.
  • Daneben ermöglicht die Getriebevorrichtung 1 zwei elektromotorische Gänge, die jeweils durch Schließen einer der Schalteinrichtungen E, F ermöglicht werden. Bei Schließen der Schalteinrichtung E wird das Drehmoment von dem Rotor 21 über das Sonnenrad 22 an die Planeten 23 und somit über den Planetenträger 18 über die Festräder 16, 17 an die erste Vorgelegewelle 5 und somit zu deren Abtrieb geleitet. Demgegenüber wird der zweite elektromotorische Gang durch Schließen der dritten Schalteinrichtung F erzeugt, sodass das Planetengetriebe 19 gesperrt ist. Aus beiden elektromotorischen Gängen ist ein direkter Übergang in die verbrennungsmotorische Gänge möglich, in dem die jeweils erforderliche Schalteinrichtung A, B, C geschlossen wird. Dies bedeutet ebenfalls, dass eine Schaltung zwischen den verbrennungsmotorischen Gängen durch die elektrische Maschine 20 zugkraftgestützt ausgeführt werden kann. Daneben ist es ebenso möglich, eine Synchronisierung der Schalteinrichtungen A-F durch eine Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 20 oder durch Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 3 durchzuführen.
  • Die optional vorgesehene zweite elektrische Maschine 25 kann zum Zustarten des Verbrennungsmotors 3 aus einem rein elektrischen Fahrbetrieb vorgesehen sein. Ferner kann die Bordnetzversorgung von der zweiten elektrischen Maschine 25 vorgenommen oder unterstützt werden. Die Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 3 bei einem Ankoppeln oder bei Schaltvorgängen kann ferner von der zweiten elektrischen Maschine 25 unterstützt werden. Wie beschrieben, kann durch Öffnen der Schalteinrichtungen E, F die elektrische Maschine 20 abgekoppelt werden, sodass ein effizienterer verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb möglich ist. Die grundsätzliche Funktionsweise der Getriebevorrichtung 1, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, ist auf alle nachfolgenden Ausführungsformen grundsätzlich übertragbar.
  • 2 zeigt eine Getriebevorrichtung 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie beschrieben, sind sämtliche Ausführungen zu der in 1 gezeigten Variante der Getriebevorrichtung 1 vollständig übertragbar. Die Ausführungsform nach 2 unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführung dadurch, dass die dritte Schalteinrichtung F nicht mehr dazu ausgebildet ist, den Rotor 21 direkt an die zweite Welle 14 zu koppeln, sondern die zweite Welle 14 kann mittels der dritten Schalteinrichtung F nunmehr mit dem Planetenträger 18 und somit mit der dritten Welle 15 gekoppelt werden.
  • Die Ausführungsbeispiele nach 3 und 4 entsprechen wiederum der Variante nach 1, wobei hierbei zusätzlich eine Trennkupplung 26 („K0“) am Getriebeeingang vorgesehen ist. Durch die Trennkupplung 26 kann sonach der Verbrennungsmotor 3 von der ersten Welle 13 abgekoppelt werden. In 3 ist die Trennkupplung 26 als Klauenkupplung und in 4 ist die Trennkupplung 26 als Reibkupplung ausgebildet. Die übrige Beschreibung ist, wie zuvor beschrieben, von den vorhergehenden Ausführungsformen übertragbar. Hierbei ist es ebenso möglich, das Planetengetriebe 19 aus 2 anstelle des Planetengetriebes 19 in 3, 4 vorzusehen. Bei der in 3 gezeigten Variante bietet sich insbesondere der Vorteil, dass bei offener Trennkupplung 26 mit der optional vorgesehenen zweiten elektrischen Maschine 25 ein rein elektrischer Fahrbetrieb ermöglicht werden kann. Hierbei kann die zweite elektrische Maschine 25 anstelle des Verbrennungsmotors 3 das Kraftfahrzeug antreiben. Im elektrodynamischen Anfahrmodus kann sowohl vorwärts als auch rückwärts rein elektrisch angefahren werden. Im elektrodynamischen Anfahrmodus ist auch eine Stützung der rein elektrischen Schaltung der ersten elektrischen Maschine 20 vom ersten elektrischen Gang in den zweiten elektrischen Gang möglich, indem die zweite elektrische Maschine 25 während der Schaltung das Drehmoment am Hohlrad 24 abstützt.
  • Wird anstelle der als Klauenkupplung ausgeführten Trennkupplung 26, wie in 4 gezeigt, eine Reibkupplung verwendet, kann vorteilhafterweise auch unter Last geöffnet bzw. geschlossen werden. Ist zum Beispiel eine Vollbremsung erforderlich oder tritt eine Fehlfunktion des Verbrennungsmotors 3 auf, kann die Trennkupplung 26 unter Last geöffnet werden. Ferner kann die Trennkupplung 26 als Reibkupplung unter Drehzahldifferenz geschlossen werden, sodass ein so genannter „Schwungstart“ des Verbrennungsmotors 3 mittels der zweiten elektrischen Maschine 25 möglich ist. Hierbei kann insbesondere die Trägheitsmasse der zweiten elektrischen Maschine 25 zum Zustarten des Verbrennungsmotors 3 ausgenutzt werden. Wie beschrieben, ist die zweite elektrische Maschine 25 in den Ausführungsformen lediglich optional.
  • 5 zeigt die Getriebevorrichtung 1 nach einem fünften Ausführungsbeispiel, wobei die grundsätzliche Beschreibung aus den zuvorgehenden Ausführungsformen übernommen werden kann. Abweichend von den zuvor beschriebenen Varianten ist die dritte Welle 15 an den Planetenträger 18 des Planetengetriebes 19 gekoppelt. Dabei ist das Sonnenrad 22 direkt an der zweiten Welle 14 angeordnet und der Rotor 21 der elektrischen Maschine 20 ist direkt mit dem Hohlrad 24 verbunden. Das Schaltschema bleibt hierbei trotz der Veränderung des Planetengetriebes 19 gegenüber dem zuvor beschriebenen Schaltvorgängen unverändert.
  • 6 zeigt eine im Grundsatz zu der Ausführungsform nach 5 ähnliche Variante. Hierbei wurde der konventionelle Planetensatz durch einen Stufenplaneten erweitert, sodass die Möglichkeit in verschiedenen Übersetzungen ebenfalls erweitert werden kann. Hierbei bleiben die Anbindungen grundsätzlich identisch, wobei das Sonnenrad 22 und das Hohlrad 24 an anderen Stufen der Planeten 23 angreifen. Das Schaltschema, das heißt die Ausführung der Schaltvorgänge durch Schließen der verschiedenen Schalteinrichtungen A-F, bleibt ebenfalls unverändert von den vorhergehenden Ausführungsformen übertragbar.
  • Im Vergleich zu der Ausführungsform nach 5 zeigt das Ausführungsbeispiel in 7 eine Getriebevorrichtung 1, bei der eine zusätzliche Schalteinrichtung K zwischen der zweiten Schaltebene 8 und der dritten Schaltebene 9 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann hierbei die dritte Welle 15 mit dem Planetengetriebe 19 trennbar gekoppelt werden. Ist die Schalteinrichtung K geöffnet, ist der Planetenträger 18 von der dritten Welle 15 getrennt. Ist die Schalteinrichtung K geschlossen, kann Drehmoment zwischen der dritten Welle 15 und dem Planetengetriebe 19 übertragen werden, nämlich über den Planetenträger 18. Dies ermöglicht vorteilhafterweise in bestimmten Betriebsmodi, beispielsweise Segelbetrieb oder Fahrbetrieb mit elektrischer Hinterachse, einen Großteil der Getriebevorrichtung 1 abzukoppeln. Dadurch können Verbrauchsvorteile realisiert werden, da letztlich weniger Masse geschleppt werden muss. Durch die Positionierung der Schalteinrichtung K kann das Planetengetriebe 19 abtriebsseitig abgekoppelt werden.
  • 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 1, wobei die erste Welle 13 als durchgängige Vollwelle dargestellt ist, die in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt ist. Wie bereits beschrieben, ist auch in diesem Ausführungsbeispiel das Vorsehen einer Trennkupplung 26 möglich. Ferner zeigt 8, dass anstelle des Doppelschaltelements der Schalteinrichtungen A, D, diese als Einzelschaltelemente ausgeführt sind, wobei die Schalteinrichtung D in Axialrichtung hinter die elektrische Maschine 20 verlagert wurde. Die erste Welle 13 bzw. Zentralwelle ist in der zweiten Schaltebene 8 von einer drittenWelle 15 umgeben, die das Festrad 16 trägt, das mit dem Festrad 17 der ersten Vorgelegewelle 5 in Eingriff steht. Die erste Welle 13 kann hierbei über die fünfte Schalteinrichtung A mit der dritten Welle 15 verbunden werden. Die dritte Welle 15 ist ferner mit dem Planetenträger 18 des Planetengetriebes 19 gekoppelt. Die zweite Welle 14 trägt wiederum das Sonnenrad 22, das über die Planeten 23 mit dem Hohlrad 24 in Eingriff steht, wobei das Hohlrad 24 wieder direkt mit dem Rotor 21 verbunden ist.
  • Wie bereits beschrieben, sind sämtliche Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Getriebevorrichtung
    2
    Hybridantriebsstrang
    3
    Verbrennungsmotor
    5, 6
    Vorgelegewelle
    7-9
    Schaltebene
    10
    Festrad
    11, 12
    Losrad
    13
    erste Welle
    14
    zweite Welle
    15
    dritte Welle
    16, 17
    Festrad
    18
    Planetenträger
    19
    Planetengetriebe
    20
    elektrische Maschine
    21
    Rotor
    22
    Sonnenrad
    23
    Planet
    24
    Hohlrad
    25
    elektrische Maschine
    26
    Trennkupplung
    A-F
    Schalteinrichtung
    K
    Schalteinrichtung

Claims (11)

  1. Getriebevorrichtung (1) für einen Hybridantriebsstrang (2) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit einem Verbrennungsmotor (3) gekoppelte oder koppelbare erste Welle (13) und zwei Vorgelegewellen (5, 6) und eine elektrische Maschine (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (1) drei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Schaltebenen (7-9) aufweist, wobei die elektrische Maschine (20) mit einem Planetengetriebe (19) gekoppelt in der dritten Schaltebene (9) angeordnet ist.
  2. Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (19) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in Axialrichtung innerhalb des Rotors (21) der elektrischen Maschine (20) angeordnet ist.
  3. Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (20) konzentrisch auf oder zu der ersten Welle (13) angeordnet ist.
  4. Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (1) wenigstens vier Schalteinrichtungen (A-F) aufweist, wobei eine erste Schalteinrichtung (B, C) auf einer ersten Vorgelegewelle (5, 6) angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein erstes Losrad (11, 12) mit der ersten Vorgelegewelle (5, 6) lösbar zu koppeln und eine zweite Schalteinrichtung (B, C) auf einer zweiten Vorgelegewelle (5, 6) angeordnet und dazu ausgebildet ist, ein zweites Losrad (11, 12) mit der zweiten Vorgelegewelle (5, 6) lösbar zu koppeln und eine dritte Schalteinrichtung (E, F) auf einer zweiten Welle (14) angeordnet und dazu ausgebildet ist, das Planetengetriebe (19) zu sperren.
  5. Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden auf den Vorgelegewellen (5, 6) angeordneten Losräder (11, 12) mit einem auf der ersten Welle (13) angeordneten Festrad (10) in Eingriff stehen, welche erste Welle (13) mittels einer vierten Schalteinrichtung (D) mit einer zweiten Welle (14) lösbar koppelbar ist oder dass die beiden Losräder (11, 12) mit einem Festrad (10) auf der ersten Wellen (13) in Eingriff stehen und die erste Welle (13) mittels der vierten Schalteinrichtung (D) mit dem Sonnenrad (22) des Planetengetriebes (19) lösbar koppelbar ist.
  6. Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (14) oder die erste Welle (13) mittels einer fünften Schalteinrichtung (A) mit einer dritten Welle (15) lösbar koppelbar ist, wobei an der dritten Welle (15) ein Festrad (16) angeordnet ist, das mit einem Zahnrad, insbesondere einem Festrad (17), auf der ersten Vorgelegewelle (5, 6) in Eingriff steht und/oder auf der dritten Welle (15) der Planetenträger (18) des Planetengetriebes (19) angeordnet ist.
  7. Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Schalteinrichtung (E) dazu ausgebildet ist, die zweite Welle (14) lösbar mit einem Gehäuse der Getriebevorrichtung zu koppeln.
  8. Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Schalteinrichtungen (A-F), insbesondere alle Schalteinrichtungen (A-F), als Doppelschaltelement ausgebildet sind, insbesondere die erste und die zweite Schalteinrichtung (A-F) und/oder die vierte und die fünfte Schalteinrichtung (A-F) und/oder die dritte und die sechste Schalteinrichtung (A-F), oder dass wenigstens zwei Schalteinrichtungen (A-F) als Einzelschalteinrichtungen ausgebildet sind, insbesondere die vierte und die fünfte Schalteinrichtung (A-F).
  9. Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite elektrische Maschine (25), die achsparallel zu der ersten Welle (13) an der ersten Schaltebene angeordnet ist.
  10. Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Trennkupplung (26), die dazu ausgebildet ist, die erste Welle (13) lösbar an einen Verbrennungsmotor (3) zu koppeln, wobei die Trennkupplung (26) in Axialrichtung vor der ersten Schaltebene (7) angeordnet ist.
  11. Kraftfahrzeug, umfassend eine Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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