DE102021211650A1 - Hybridgetriebe und Kraftfahrzeug mit einem Hybridgetriebe - Google Patents

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DE102021211650A1
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transmission
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English (en)
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Stefan Beck
Fabian Kutter
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Michael Wechs
Thomas Martin
Max Bachmann
Martin Brehmer
Ingo Pfannkuchen
Mladjan Radic
Peter Ziemer
Christian Michel
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Hybridgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug (100), aufweisend
• eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur Anbindung einer Kurbelwelle (3.1) eines Verbrennungsmotors (3),
• eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung einer Rotorwelle (5.1) einer ersten Elektromaschine (5),
• einen ersten Planetenradsatz (P1) mit einem Sonnenrad (P11), einem Hohlrad (P12) und einem Planetenträger (P13),
• einen zweiten Planetenradsatz (P2) mit einem Sonnenrad (P21), einem Hohlrad (P22) und einem Planetenträger (P23), wobei die beiden Planetenradsätze (P1, P2) und die beiden Getriebeeingangswellen (2, 4) koaxial zueinander angeordnet sind,
• eine Hauptabtriebswelle (10), die koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet ist,
• zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D) und ein fünftes Schaltelement (E), wobei alle fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet sind, und wobei zumindest drei der fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) axial zwischen den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug, aufweisend zwei Getriebeeingangswellen zur Anbindung einer jeweiligen Antriebsmaschine, zwei Planetenradsätze, eine Hauptabtriebswelle und mindestens fünf Schaltelemente. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Hybridgetriebe.
  • Beispielsweise offenbart die DE 10 2013 215 114 A1 einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor, ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes automatisiertes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und mindestens einer Ausgangswelle, sowie ein in Planetenbauweise ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement aufweist. Bei diesem Hybridantrieb ist vorgesehen, dass das Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist, und dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit einer koaxial über der Ausgangswelle angeordneten Hohlwelle verbunden ist, die zur Ankopplung des Verbrennungsmotors über ein Koppelschaltelement drehfest mit einem Losrad der unmittelbar axial benachbarten Stirnradstufe des Schaltgetriebes sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest mit dem zweiten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung steht, und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein alternatives Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll das Hybridgetriebe kompakt ausgebildet sein und in einer Front-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 nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst
    • • eine erste Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors,
    • • eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer Rotorwelle einer ersten Elektromaschine,
    • • einen ersten Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger,
    • • einen zweiten Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, wobei die beiden Planetenradsätze und die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander angeordnet sind,
    • • eine Hauptabtriebswelle, die koaxial zu den beiden Planetenradsätzen angeordnet ist,
    • • zumindest ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und ein fünftes Schaltelement, wobei alle fünf Schaltelemente koaxial zu den beiden Planetenradsätzen angeordnet sind.
  • Unter einer Anbindung einer Welle oder einer Vorrichtung an einer anderen Welle oder an einer anderen Vorrichtung ist zu verstehen, dass diese Wellen oder Vorrichtungen entweder unmittelbar miteinander verbunden sind oder mittelbar über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über weitere Wellen und Zahnräder miteinander verbunden sein können. Beispielsweise ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über mindestens eine weitere Welle mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Beispielsweise ist die Rotorwelle der Elektromaschine über mindestens eine weitere Welle mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden.
  • Insbesondere sind die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander ausgebildet und axial angrenzend aneinander, also nicht überlappend angeordnet. Unter einer Getriebeeingangswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zur Anbindung an eine jeweilige Antriebsmaschine, insbesondere an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer Rotorwelle der Elektromaschine, eingerichtet ist. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der ersten Elektromaschine erzeugte Antriebsleistung wird im Hybridgetriebe zusammengeführt insbesondere in den Planetenradsätzen überlagert und über die Hauptabtriebswelle beispielsweise auf ein Differenzial übertragen.
  • Der erste Planetenradsatz umfasst mehrere Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kämmen bzw. im Zahneingriff sind. Der erste Planetenradsatz ist bevorzugt als Minusplanetenradsatz ausgebildet. Ein Minusplanetenradsatz weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger und mehrere Planetenräder auf, wobei jedes Planetenrad drehbar an dem Planetenträger angeordnet ist und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt. Der zweite Planetenradsatz umfasst mehrere Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes kämmen bzw. im Zahneingriff sind. Der zweite Planetenradsatz ist bevorzugt als Minusplanetenradsatz ausgebildet.
  • Durch die Kombination der beiden Planetenradsätze mit den mindestens fünf Schaltelementen ergeben sich mehrere Funktionsmöglichkeiten für den Hybridantriebsstrang, beispielsweise verbrennungsmotorische bzw. hybridische Fahrmodi, elektromotorische Fahrmodi sowie elektrodynamische Anfahrmodi, wobei das Hybridgetriebe insbesondere aufgrund der Anordnung und Anbindung der beiden Planetenradsätze und der fünf Schaltelemente eine hohe Kompaktheit aufweist. In einem verbrennungsmotorischen Fahrmodus befindet sich das Kraftfahrzeug in einem verbrennungsmotorischen Betrieb allein mittels des Verbrennungsmotors oder in einem hybridischen Betrieb in Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine. Bei einer Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine, die jeweils auf den Abtrieb einwirken, ist der verbrennungsmotorische Betrieb ein hybridischer Betrieb. Zur Einstellung eines verbrennungsmotorischen Fahrmodus sind jeweils drei der zumindest fünf Schaltelemente geschlossen. Mittels des Hybridgetriebes lassen sich zumindest drei hybride bzw. verbrennungsmotorische Gänge realisieren. Wenn nur das fünfte Schaltelement geschlossen ist und die übrigen Schaltelemente offen sind, ist ein rein elektrischer Gang realisierbar, wobei der Verbrennungsmotor von der Hauptabtriebswelle entkoppelt ist. Ferner kann mit Hilfe der ersten Elektromaschine, während Schaltvorgängen eine Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb realisiert werden. Die Schaltvorgänge können dabei abtriebsgestützt oder elektrodynamisch erfolgen.
  • Bevorzugt weist das Hybridgetriebe genau fünf Schaltelemente auf. Vorzugsweise sind die fünf Schaltelemente formschlüssig ausgebildet. Ferner bevorzugt sind zumindest drei der fünf Schaltelemente axial zwischen den beiden Planetenradsätzen angeordnet. Durch die Anordnung von drei der fünf Schaltelemente axial zwischen den beiden Planetenradsätzen wird das Hybridgetriebe kompakter ausgebildet und die Anbindung der Planetenradsätze verbessert. Unter einem formschlüssigen Schaltelement ist ein Schaltelement zu verstehen, das zur Verbindung zweier Bauteile, insbesondere zweier 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 des Schaltelements in einem vollständig geschlossenen Zustand hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Beispielsweise sind alle fünf Schaltelemente als Klauenkupplungen ausgebildet. Durch formschlüssige Schaltelemente wird die Kompaktheit und die Effizienz des Hybridgetriebes erhöht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe ein Differenzial, das koaxial zu den beiden Planetenradsätzen angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle aufweist, wobei die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar an dem Differenzial angebunden ist, und wobei die Seitenwellen des Differenzials zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet sind. Insbesondere ist die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar mit einem Differenzialkorb verbunden. Wenn ein Bauteil oder eine Vorrichtung für eine Funktion oder Verbindung eingerichtet ist, so ist darunter zu verstehen, dass dieses Bauteil oder diese Vorrichtung speziell dafür ausgelegt und/oder speziell dafür ausgestattet ist. Die Antriebsleistung wird im Differenzial auf die beiden Seitenwellen aufgeteilt und an ein mit der jeweiligen Seitenwelle wirkverbundenes Antriebsrad des Kraftfahrzeugs übertragen. Insbesondere sind die erste Getriebeeingangswelle, die zweite Getriebeeingangswelle sowie die Hauptabtriebswelle als Hohlwellen ausgebildet, wobei sich die zweite Seitenwelle des Differenzials im Wesentlichen axial durch das gesamte Hybridgetriebe erstreckt. Dadurch kann das Hybridgetriebe in radialer und axialer Richtung kompakter ausgebildet werden. Vorzugsweise sind die Seitenwellen des Differenzials als Zentralwellen des Hybridgetriebes ausgebildet.
  • Das Differenzial kann beispielsweise als Kegelraddifferenzial, Stirnraddifferenzial oder Planetenraddifferenzial ausgebildet sein. Die Seitenwellen des Differenzials sind gemeinsam auf einer Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zur Abtriebsachse angeordnet sind, wobei der Verbrennungsmotor und die erste Elektromaschine achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet sind. Bevorzugt ist die Abtriebsachse die Frontantriebsachse des Kraftfahrzeugs. Mithin ist das Hybridgetriebe in einer Front-Quer-Anordnung im Kraftfahrzeug verbaut.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind gemäß einer axialen Reihenfolge zunächst das Differenzial, daran angrenzend der zweite Planetenradsatz, daran angrenzend die Anbindung der ersten Elektromaschine, daran angrenzend das fünfte Schaltelement, daran angrenzend das dritte Schaltelement, daran angrenzend das vierte Schaltelement, daran angrenzend der erste Planetenradsatz, daran angrenzend die Anbindung des Verbrennungsmotors, daran angrenzend das zweite Schaltelement, und daran angrenzend das erste Schaltelement angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich an einem ersten Endabschnitt des Gehäuses das Differenzial, wobei an einem zweiten Endabschnitt des Gehäuses, der entgegengesetzt zum ersten Gehäuseabschnitt angeordnet ist, das erste Schaltelement angeordnet ist. Eine Anbindung der jeweiligen Antriebsmaschine erfolgt bevorzugt über mindestens ein Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad. Durch diese axiale Reihenfolge der Getriebeelemente wird das Hybridgetriebe sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung kompakter ausgebildet. Optional kann axial zwischen dem Differenzial und dem Überlagerungsgetriebe eine Übersetzungsstufe angeordnet sein. Ferner optional kann axial zwischen dem fünften Schaltelement und dem dritten Schaltelement ein sechstes Schaltelement angeordnet sein.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hybridgetriebe einen dritten Planetenradsatz auf, der koaxial zu den beiden Planetenradsätzen angeordnet sowie im Leistungsfluss zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem Differenzial angeordnet ist. Insbesondere weist der dritte Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger auf, wobei das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Hybridgetriebes drehfest verbunden ist, wobei der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes mit einem Differenzialkorb des Differenzials drehfest verbunden ist. 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 des Hybridgetriebes verringert. Der dritte Planetenradsatz erzeugt eine Konstantübersetzung und umfasst mehrere Planetenräder, die drehbar an dem Planetenträger gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen bzw. im Zahneingriff sind. Mithin ist der dritte Planetenradsatz bevorzugt als Minusplanetenradsatz ausgebildet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Hybridgetriebes drehfest verbunden, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist, wobei der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist und im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz verblockt, wobei der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Hauptabtriebswelle drehfest verbunden ist. Beispielsweise ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist. Alternativ kann das fünfte Schaltelement zwei beliebige andere Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbinden, beispielsweise das Sonnenrad und den Planetenträger oder das Hohlrad und den Planetenträger. Daher ist das fünfte Schaltelement zum Verblocken des zweiten Planetenradsatzes eingerichtet. Wenn der zweite Planetenradsatz verblockt ist, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets 1. Anders ausgedrückt läuft der zweite Planetenradsatz als Block um.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei das fünfte Schaltelement im geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz verblockt, wobei der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Hauptabtriebswelle drehfest verbunden ist. Beispielsweise ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist. Alternativ kann das fünfte Schaltelement zwei beliebige andere Elemente des zweiten Planetenradsatzes verbinden, beispielsweise das Sonnenrad und den Planetenträger oder das Hohlrad und den Planetenträger.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Hybridgetriebe ein sechstes formschlüssiges Schaltelement auf, das koaxial zu den beiden Planetenradsätzen angeordnet ist und in einem geschlossenen Zustand das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse des Hybridgetriebes verbindet. Mithin ist das sechste formschlüssige Schaltelement dazu eingerichtet, im geschlossenen Zustand das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes stationär am Gehäuse des Hybridgetriebes festzulegen. Insbesondere schafft das fünfte formschlüssige Schaltelement einen weiteren elektromotorischen Gang, der eine kürzere Übersetzung aufweist. Der kurze elektromotorische Gang wird vorzugsweise für rückwärts Anfahren verwendet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und zweite Schaltelement zu einem ersten Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das dritte und vierte Schaltelement zu einem zweiten Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das fünfte und sechste Schaltelement zu einem dritten Doppelschaltelement zusammengefasst ausgebildet. Das jeweilige Doppelschaltelement weist insbesondere eine einzige Schaltgabel und einen einzigen Aktor zum Schalten der beiden jeweiligen Schaltelemente auf. Dadurch werden Bauraum, Gewicht und Getriebebauteile eingespart. Das jeweilige Doppelschaltelement ist koaxial zu den Planetenradsätzen, den Getriebeeingangswellen und zum Differenzial ausgebildet, wobei sich die zweite Seitenwelle axial durch alle Doppelschaltelemente erstreckt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Elektromaschine dazu eingerichtet, an die erste Getriebeeingangswelle angebunden zu sein. Die zweite Elektromaschine ist bevorzugt als Startergenerator, insbesondere als Hochvolt-Startergenerator ausgebildet. Insbesondere ist die zweite Elektromaschine achsparallel zum Verbrennungsmotor sowie zur ersten Elektromaschine und zum Überlagerungsgetriebe angeordnet. Beispielsweise ist die zweite Elektromaschine über ein Zugmitteltrieb mit einer koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordneten Welle verbunden, wobei diese Welle über ein weiteres Zugmittel mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist. Bevorzugt erfolgt über die zweite Elektromaschine ein Start des Verbrennungsmotors aus einem rein elektrischen Fahrmodus. Ferner 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 ist eine Dämpfungseinrichtung achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet, wobei die Dämpfungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an das Hybridgetriebe anzubinden. 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.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein als Trennkupplung ausgebildetes Schaltelement achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet, wobei die Trennkupplung dazu eingerichtet ist, das Hybridgetriebe 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 im Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor nach der Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Mittels der Trennkupplung lässt sich der Verbrennungsmotor zum rein elektrischen Fahren abkoppeln, wodurch der elektrische Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs energieeffizienter wird. 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 dazu eingerichtet, zumindest über ein Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad mit dem achsparallel zum Überlagerungsgetriebe angeordneten Verbrennungsmotor verbunden zu sein, wobei die zweite Getriebeeingangswelle dazu eingerichtet ist, zumindest über ein Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad mit der achsparallel zum Überlagerungsgetriebe angeordneten ersten Elektromaschine verbunden zu sein. Die Verbindung mittels Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad, beispielsweise über eine Räderkette ist eine nicht schaltbare Verbindung, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel erfolgen. Beispielsweise ist das Zugmittel eine Kette oder ein Riemen. Vorzugsweise umschlingt das Zugmittel einen ersten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist und einen zweiten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Alternativ kann der Verbrennungsmotor über eine Räderkette angebunden sein. Beispielsweise bilden mehrere Zahnräder eine Räderkette, wobei mindestens ein Zahnrad koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und wobei mindestens ein weiteres Zahnrad koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Insbesondere ist ein Zwischenrad zwischen den beiden Zahnrädern angeordnet, wobei das Zwischenrad mit beiden Zahnrädern kämmt. Vorzugsweise umschlingt das Zugmittel einen ersten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur Rotorwelle der ersten Elektromaschine angeordnet ist und einen zweiten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Alternativ kann die erste Elektromaschine über eine Räderkette angebunden sein. Beispielsweise bilden mehrere Zahnräder eine Räderkette, wobei eines der Zahnräder koaxial zur Rotorwelle der ersten Elektromaschine angeordnet ist, und wobei ein weiteres Zahnrad koaxial zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Insbesondere ist ein Zwischenrad zwischen den beiden Zahnrädern angeordnet.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, zumindest eine erste Elektromaschine und ein erfindungsgemäßes Hybridgetriebe, wobei das Hybridgetriebe, der Verbrennungsmotor und die erste Elektromaschine achsparallel zueinander angeordnet sind. Optional umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine zweite Elektromaschine, die an einer Heck-Antriebsachse angeordnet ist und somit achsparallel zu dem Hybridgetriebe, dem Verbrennungsmotor und der ersten Elektromaschine angeordnet ist. Ferner optional umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine weitere Elektromaschine, die achsparallel zu dem Hybridgetriebe, dem Verbrennungsmotor und der ersten Elektromaschine an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
  • 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:
    • 1a einen Ausschnitt eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 1b ein Kraftfahrzeug mit dem Antriebsstrang gemäß 1a,
    • 1c eine Schaltmatrix für das Hybridgetriebe des Antriebsstrangs gemäß der ersten Ausführungsform,
    • 2 einen Ausschnitt eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 3 einen Ausschnitt eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe gemäß einer dritten Ausführungsform,
    • 4 einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe gemäß einer vierten Ausführungsform, und
    • 5 einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • 1a zeigt einen Ausschnitt eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Hybridgetriebe 1 ist gemäß 1b stark vereinfacht in einem Kraftfahrzeug 100 verbaut dargestellt.
  • 1b zeigt das Kraftfahrzeug 100 mit zwei Achsen 101, 102 und vier Rädern 111, 112, 113, 114, wobei an der ersten Achse 101, vorliegend der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 100, das Hybridgetriebe 1 angeordnet ist. Das Hybridgetriebe 1 ist mit einer ersten Elektromaschine 5 und einem Verbrennungsmotor 3 antriebswirksam verbunden, wobei die erste Elektromaschine 5 und der Verbrennungsmotor 3 um die erste Achse 101 herum angeordnet sind. An der zweiten Achse 102, vorliegend der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 100, ist eine zweite Elektromaschine 7 zum elektromotorischen Antrieb der Hinterachse angeordnet. Der Verbrennungsmotor 3 bildet zusammen mit den beiden Elektromaschinen 5, 7 und dem Hybridgetriebe 1 den Antriebsstrang 103 des Kraftfahrzeugs 100. Das Hybridgetriebe 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor 3 und die beiden Elektromaschinen 5, 7 achsparallel zum Hybridgetriebe 1 angeordnet sind. Das Hybridgetriebe 1 weist ein Differenzial 6 mit zwei Seitenwellen 6.1, 6.2 auf. Über die beiden Seitenwellen 6.1, 6.2 des Differenzials 6 wird die Antriebsleistung der beiden Antriebsmaschinen, nämlich des Verbrennungsmotors 3 und/oder der ersten Elektromaschine 5 auf die Antriebsräder 111, 112 an der ersten Achse 101 des Kraftfahrzeugs 100 verteilt. Durch die zweite Elektromaschine 7 an der zweiten Achse 102 wird insbesondere ein Allrad-Antriebssystem realisiert. Beispielsweise kann die zweite Elektromaschine 7 auch über ein - nicht näher dargestelltes - Differenzial an der zweiten Achse 102 über Seitenwellen mit den Antriebsrädern 113, 114 der zweiten Achse 102 verbunden sein. Alternativ kann der Antrieb an der zweiten Achse 102 des Kraftfahrzeugs 100 entfallen, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden.
  • Gemäß 1a umfasst das Hybridgetriebe 1 eine erste Getriebeeingangswelle 2 zur Anbindung einer Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 und eine zweite Getriebeeingangswelle 4 zur Anbindung einer Rotorwelle 5.1 der ersten Elektromaschine 5 sowie fünf formschlüssige Schaltelemente A, B, C, D, E, die beispielsweise als Klauenkupplungen ausgebildet sind. Die beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sind koaxial zueinander sowie axial aneinander angrenzend angeordnet, sodass sich die beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 in axialer Richtung nicht überlappen. Das erste und das zweite formschlüssige Schaltelement A, B sind koaxial zu den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 angeordnet und zu einem ersten Doppelschaltelement DS1 zusammengefasst ausgebildet, wobei das erste Doppelschaltelement DS1 von einem einzigen Aktor schaltbar ist. Das dritte und das vierte formschlüssige Schaltelement C, D sind koaxial zu den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 angeordnet und zu einem zweiten Doppelschaltelement DS2 zusammengefasst ausgebildet, wobei das zweite Doppelschaltelement DS2 von einem einzigen Aktor schaltbar ist.
  • Das Hybridgetriebe 1 weist einen ersten Planetenradsatz P1 mit einem Sonnenrad P11, einem Hohlrad P12 und einem Planetenträger P13 auf, wobei an dem Planetenträger P13 Planetenräder P14 drehbar gelagert sind, die mit dem Sonnenrad P11 und dem Hohlrad P12 in Zahneingriff stehen. Das Hybridgetriebe 1 weist einen zweiten Planetenradsatz P2 mit einem Sonnenrad P21, einem Hohlrad P22 und einem Planetenträger P23 auf, wobei an dem Planetenträger P23 Planetenräder P24 drehbar gelagert sind, die mit dem Sonnenrad P21 und dem Hohlrad P22 in Zahneingriff stehen. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 und die beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sind koaxial zueinander angeordnet. Das dritte, vierte und fünfte Schaltelement C, D, E sind axial zwischen den beiden Planetenradsätzen P1, P2 angeordnet. Das Sonnenrad P11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Gehäuse G des Hybridgetriebes 1 drehfest verbunden. Das Hohlrad P12 des ersten Planetenradsatzes P1 ist im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements A mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden. Der Planetenträger P13 des ersten Planetenradsatzes P1 ist im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements B mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden und im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements D mit dem Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Das Sonnenrad P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden. Das Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements C mit dem Hohlrad P12 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements E mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Der Planetenträger P23 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit der Hauptabtriebswelle 10 drehfest verbunden.
  • Die Hauptabtriebswelle 10 ist mit dem in 1b dargestellten Differenzial 6 antriebswirksam verbunden. Zur Vereinfachung ist in 1a weder das Differenzial mit den beiden Seitenwellen noch der Verbrennungsmotor und seine Anbindung dargestellt, sondern lediglich der Kernabschnitt des Hybridgetriebes 1. Trotz dieser stark vereinfachten Darstellung, wird darauf hingewiesen, dass die erste Getriebeeingangswelle 2, die zweite Getriebeeingangswelle 4, eine erste Zwischenwelle 11, die koaxial zu den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sowie radial innerhalb der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet ist, und eine zweite Zwischenwelle 12, die koaxial zu den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sowie radial innerhalb der zweiten Getriebeeingangswelle 4 angeordnet ist, als Hohlwellen ausgebildet sind, wobei sich die zweite Seitenwelle des Differenzials im Wesentlichen axial durch das gesamte Hybridgetriebe 1, insbesondere durch die beiden Getriebeeingangswelle 2, 4, durch die beiden Zwischenwellen 11, 12 und durch alle Schaltelemente A, B, C, D, E erstreckt. Die erste Zwischenwelle 11 ist drehfest mit dem Hohlrad P12 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Die zweite Zwischenwelle 12 ist drehfest mit dem Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden.
  • An der ersten Getriebeeingangswelle 2 ist ein Zahnrad 20 angeordnet, wobei dieses Zahnrad 20 Teil eines - nicht näher dargestellten - Zugmitteltriebs zur Anbindung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ist. Ferner ist an der zweiten Getriebeeingangswelle 4 ein Zahnrad 40 angeordnet, wobei dieses Zahnrad 40 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden und Teil einer Räderkette zur Anbindung der Rotorwelle 5.1 der ersten Elektromaschine 5 ist. Die Räderkette umfasst ferner das Zwischenrad 42 und ein Zahnrad 41, das drehfest mit der Rotorwelle 5.1 verbunden ist. Mithin wird die Antriebsleistung der ersten Elektromaschine 5 über die Räderkette mittels Zwischenrad 42 von der Rotorwelle 5.1 auf die achsparallel dazu angeordnete zweite Getriebeeingangswelle 4 übertragen. In einem geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements E ist das Sonnenrad P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Dadurch wird der zweite Planetenradsatz P2 verblockt.
  • Gemäß einer axialen Reihenfolge beginnend an einem ersten Endabschnitt des Hybridgetriebes 1 ist zunächst der zweite Planetenradsatz P2, daran angrenzend die Anbindung der ersten Elektromaschine 5, daran angrenzend das fünfte Schaltelement E, daran angrenzend das dritte Schaltelement C, daran angrenzend das vierte Schaltelement D, daran angrenzend der erste Planetenradsatz P1, daran angrenzend die Anbindung des Verbrennungsmotors 3, daran angrenzend das zweite Schaltelement B, und daran angrenzend das erste Schaltelement A angeordnet. Mithin ist das erste Doppelschaltelement DS1 in einem zweiten Endabschnitt des Hybridgetriebes 1 angeordnet, der entgegengesetzt zum ersten Endabschnitt ist.
  • Vorteilhaft an dem vorliegenden Hybridgetriebe 1 ist insbesondere die einfache und kompakte Bauweise, die Verwendung von insgesamt nur drei Aktuatoren zum Schalten der fünf formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E, geringe Bauteilbelastungen und geringe Getriebeverluste aufgrund der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E, ein guter Verzahnungswirkungsgrad sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch, und ein gute Übersetzungsreihe. Durch die Anordnung von drei der fünf Schaltelemente A, B, C, D, E axial zwischen den beiden Planetenradsätzen P1, P2 sowie der Anbindung der beiden Planetenradsätze P1, P2 wird keine Vorgelegewelle benötigt, wobei das Hybridgetriebe 1 insbesondere in radialer Richtung eine maximale Kompaktheit aufweist.
  • Der Antriebsstrang mit dem Hybridgetriebe 1 gemäß 1a weist mehrere Fahrmodi auf, die in der Schaltmatrix gemäß 1c dargestellt sind, wobei in den Spalten der Schaltmatrix die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E aufgeführt sind, und wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi H1, H2, H3, E2, EDA1, EDA2, EDA3 des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind. Durch den Eintrag eines Kreuzes in einem jeweiligen Kästchen der Schaltmatrix wird ein geschlossener Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D, E dargestellt, wobei kein Eintrag einen geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D anzeigt. Mittels der vier formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D werden drei verbrennungsmotorische Gänge bzw. hybridische Fahrmodi H1, H2, H3, ein rein elektromotorischer Gang bzw. elektromotorischer Fahrmodus E2, und drei elektrodynamische Anfahrmodi EDA1, EDA2, EDA3 realisiert.
  • In einem ersten hybridischen Fahrmodus H1 sind das erste vierte und fünfte Schaltelement A, D, E geschlossen, wobei das zweite und dritte Schaltelement B, C geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 sind das erste, dritte und fünfte Schaltelement A, C, E geschlossen, wobei das zweite und vierte Schaltelement B und D geöffnet sind. In einem dritten hybridischen Fahrmodus H3 sind das zweite, dritte und fünfte Schaltelement B, C, E geschlossen, wobei das erste und vierte Schaltelement A, D geöffnet sind. In den drei hybridischen Fahrmodi H1, H2, H3 ist der Verbrennungsmotor 3 stets am Antrieb des Fahrzeugs 100 beteiligt, wobei die erste Elektromaschine 5 den Antrieb unterstützen kann. Bei allen drei hybridischen Fahrmodi H1, H2, H3 ist das Schaltelement E geschlossen. Somit ist die erste Elektromaschine 5 antriebswirksam mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden.
  • In einem rein elektrischen Fahrmodus E2 ist nur das fünfte Schaltelement E geschlossen, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement A, B, C, D geöffnet sind. Der Antrieb des Fahrzeugs 100 erfolgt ausschließlich über die erste Elektromaschine 5, wobei der Verbrennungsmotor 3 vom Antrieb entkoppelt ist. Zusätzlich zum fünften Schaltelement E können im rein elektrischen Fahrmodus E2 zwei beliebige weitere Schaltelemente A, B, C, D geschlossen werden.
  • Das Anfahren des Fahrzeugs 100 erfolgt über das Überlagerungsgetriebe 6 mittels des ersten Fahrmodus elektrodynamisches Anfahren EDA1. Im ersten elektrodynamischen Anfahrmodus EDA1 sind das erste und vierte Schaltelement A, D geschlossen, wobei das zweite, dritte und fünfte Schaltelement B, C, E geöffnet sind. Dadurch entsteht ein elektrodynamischer Zustand am zweiten Planetenradsatz P2. Der Verbrennungsmotor 3 ist dann über den ersten Planetenradsatz P1 mit dem Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, wobei die erste Elektromaschine 5 am Sonnenrad P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 das Drehmoment des Verbrennungsmotors 3 abstützt, wobei der Planetenträger P32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden ist. Aus diesem EDA-Modus kann der Verbrennungsmotor 3 in den Fahrmodus H1 gelangen, weil das erste und vierte Schaltelement A, D in diesem Fahrmodus geschlossen sind. In einem zweiten Fahrmodus elektrodynamisches Anfahren EDA2 ist das erste und dritte Schaltelement A, C geschlossen, wobei das zweite, vierte und fünfte Schaltelement B, D, E geöffnet sind. In einem dritten Fahrmodus elektrodynamisches Anfahren EDA3 ist das zweite und dritte Schaltelement B, C geschlossen, wobei das erste, vierte und fünfte Schaltelement A, D, E geöffnet sind.
  • Eine Lastschaltung aus dem ersten hybridischen Fahrmodus H1 in den zweiten hybridischen Fahrmodus H2 ist ebenso wie eine Lastschaltung aus dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 in den dritten hybridischen Fahrmodus H3 möglich. Ein elektrodynamischer Zustand des Hybridgetriebes 1 wird sowohl zum elektrodynamischen Anfahren als auch für diese Lastschaltungen verwendet. Beide Lastschaltungen erfolgen abtriebsgestützt durch die erste Elektromaschine 5, wobei das fünfte Schaltelement E dabei stets geschlossen ist.
  • Beispielsweise erfolgt die Lastschaltung aus dem hybridischen Fahrmodus H1 in den hybridischen Fahrmodus H2 durch den Ablauf folgender Verfahrensschritte: Im Ausgangszustand, dem hybridischen Fahrmodus H1 sind die Schaltelemente A, D, E geschlossen. Die Momente von Verbrennungsmotor 3 und erster Elektromaschine 5 werden derart eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits das auszulegende formschlüssige Schaltelement D lastfrei wird. Insbesondere erfolgt ein Lastabbau an dem vierten Schaltelement D und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten Elektromaschine 5. Danach wird das vierte Schaltelement D geöffnet. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 wird abgesenkt, sodass das dritte Schaltelement C synchron wird. Dazu geht der Verbrennungsmotor 3 in den Schubbetrieb. Das dritte Schaltelement C kann dann eingelegt werden. Das erste und fünfte Schaltelement A, E bleiben während der Schaltung geschlossen. Die Lastschaltung aus dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 in den dritten hybridischen Fahrmodus H3 verläuft entsprechend der Lastschaltung aus dem ersten hybridischen Fahrmodus H1 in den zweiten hybridischen Fahrmodus H2, jedoch mit den dafür notwendigen Schaltelementen gemäß der Schaltmatrix. Eine Rückschaltung erfolgt analog zur Hochschaltung, nur in umgekehrter Reihenfolge der Verfahrensschritte. Auch Schubschaltungen sind möglich, da die erste Elektromaschine 5 ein Moment am ersten Planetenradsatz P1 bremsend abstützen kann.
  • 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 in einem nur teilweise dargestellten Antriebsstrang, wobei diese zweite Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 gemäß 1a beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 1a verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1a durch ein sechstes formschlüssiges Schaltelement F, das koaxial zu den beiden Planetenradsätzen P1, P2 sowie axial zwischen den beiden Planetenradsätzen P1, P2 angeordnet ist. Das fünfte Schaltelement E verbindet in einem geschlossenen Zustand das Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einem Gehäuse G des Hybridgetriebes 1. Durch das fünfte Schaltelement E wird ein weiterer elektrischer Fahrmodus realisiert, wobei dazu nur das sechste Schaltelement F geschlossen ist und das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement A, B, C, D, E geöffnet sind. In diesem weiteren elektrischen Fahrmodus ist eine Übersetzung für die erste Elektromaschine 5 kürzer als im elektrischen Fahrmodus E2, wobei der Antrieb des Fahrzeugs 100 ausschließlich über die erste Elektromaschine 5 erfolgt, und wobei der Verbrennungsmotor 3 vom Antrieb entkoppelt ist. Vorzugsweise wird dieser weitere elektrische Fahrmodus für rückwärts Anfahren verwendet, da bei Rückwärtsfahrt kein EDA Modus zur Verfügung steht. Beim Rückwärtsfahren ist auf diese Weise ein hohes Achsmoment in einem seriellen Antriebsmodus möglich und durch die geringeren Anforderungen an die maximale Fahrgeschwindigkeit beim Rückwärtsfahren ist eine Schaltung in einen längeren elektromotorischen Gang nicht nötig. Insbesondere kann der weitere elektrische Fahrmodus bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt als rein elektrischer Kriechgang verwendet werden, beispielsweise in einem Parkhaus, wo nur begrenzte Geschwindigkeiten auftreten und ein verbrennungsmotorischer Betrieb nicht erwünscht ist. Das sechste Schaltelement F ist axial angrenzend an dem fünften Schaltelement E angeordnet und kann mit dem fünften Schaltelement E zu einem dritten Doppelschaltelement DS3 zusammengefasst werden. Ansonsten entsprechen sich das Hybridgetriebe 1 nach 1a und das Hybridgetriebe 1 nach 2. Die Schaltmatrix gemäß 1c gilt auch für das Hybridgetriebe 1 gemäß 2.
  • 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 in einem nur teilweise dargestellten Antriebsstrang, wobei diese dritte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 gemäß 1a beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 1a verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1a durch eine andere Anbindung des zweiten Planetenradsatzes P2. Vorliegend ist die Anbindung des Sonnenrades P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der Anbindung des Hohlrades P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 vertauscht. Mit anderen Worten ist das Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden, wobei das Sonnenrad P21 des zweiten Planetenradsatzes P2 im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements C mit dem Hohlrad P12 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist und im geschlossenen Zustand des fünften Schaltelements E mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist. Unabhängig davon ist der Planetenträger P23 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der Hauptabtriebswelle 10 drehfest verbunden. Durch diese Anbindung erwächst insbesondere der Vorteil, dass die erste Elektromaschine 5 am Hohlrad P22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit einer geringeren Ausgleichsdrehzahl im Fahrmodus EDA und beim elektrodynamischen Schalten betrieben wird. Ansonsten entsprechen sich das Hybridgetriebe 1 nach 1a und das Hybridgetriebe 1 nach 3. Die Schaltmatrix gemäß 1 c gilt auch für das Hybridgetriebe 1 gemäß 3.
  • 4 zeigt eine vierte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 in einem Antriebsstrang, wobei diese vierte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 gemäß 1a beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 1a verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1a durch einen dritten Planetenradsatz P3, der koaxial zu den beiden Planetenradsätzen P1, P2 angeordnet sowie im Leistungsfluss zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem Differenzial 6 angeordnet ist. Ferner ist das Differenzial 6 mit den beiden Seitenwellen 6.1, 6.2 sowie die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 dargestellt. Der dritte Planetenradsatz P3 weist ein Sonnenrad P31, ein Hohlrad P32 und einen Planetenträger P33 auf, wobei das Sonnenrad P31 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Planetenträger P23 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad P32 des dritten Planetenradsatzes P3 mit einem Gehäuse G des Hybridgetriebes 1 drehfest verbunden ist, wobei der Planetenträger P33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit einem Differenzialkorb 6.3 des Differenzials 6 drehfest verbunden ist.
  • An der ersten Getriebeeingangswelle 2 ist das Zahnrad 20 angeordnet, wobei dieses Zahnrad 20 Teil eines Zugmitteltriebs zur Anbindung der Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 2 ist. Dieser Zugmitteltrieb umfasst ferner das Zugmittel 22 und ein weiteres Zahnrad 21, das an einer koaxial zur Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 angeordneten dritten Zwischenwelle 23 ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 3 kann alternativ über eine Räderkette an die erste Getriebeeingangswelle 2 angebunden sein. Die dritte Zwischenwelle 23 verbindet über eine Dämpfungseinrichtung 9 die Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 mit dem Hybridgetriebe 1 und einer weiteren Elektromaschine 8, die achsparallel zur dritten Zwischenwelle 23 angeordnet und als Hochvolt-Startergenerator ausgebildet ist. Die weitere Elektromaschine 8 ist über einen weiteren Zugmitteltrieb an der dritten Zwischenwelle 23 angebunden. Der weitere Zugmitteltrieb umfasst ein drehfest mit einer Rotorwelle 8.1 der weiteren Elektromaschine 8 verbundenes Zahnrad 31, ein Zahnrad 30, das an der dritten Zwischenwelle 23 drehfest angeordnet ist, und ein Zugmittel 32, welches das Zahnrad 31 an der Rotorwelle 8.1 und das Zahnrad 30 an der dritten Zwischenwelle 23 umschlingt. Die weitere Elektromaschine 10 kann alternativ über eine Räderkette an die dritte Zwischenwelle 23 angebunden sein. Bevorzugt erfolgt über die weitere Elektromaschine 8 ein Start des Verbrennungsmotors 3. Ferner ist die weitere Elektromaschine 8 für die Stromversorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei diese auch vorteilhaft zur Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 3 beim Ankoppeln und bei Gangschaltungen dienen kann. Alternativ kann die weitere Elektromaschine 8 entfallen, wodurch das Hybridgetriebe 1 insbesondere in radialer Richtung kompakter wird. Ferner alternativ kann die weitere Elektromaschine 8 koaxial zum Verbrennungsmotor 3 angeordnet sein. Die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 wird über den Zugmitteltrieb mittels des Zugmittels 22 von der Kurbelwelle 3.1 auf die achsparallel dazu angeordnete erste Getriebeeingangswelle 2 übertragen. Ansonsten entsprechen sich das Hybridgetriebe 1 nach 1a und das Hybridgetriebe 1 nach 4. Die Schaltmatrix gemäß 1c gilt auch für das Hybridgetriebe 1 gemäß 4.
  • 5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 in einem Antriebsstrang, wobei diese fünfte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Hybridgetriebes 1 gemäß 4 beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 4 und 1a verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch ein als Trennkupplung K0 ausgebildetes Schaltelement, das achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, das Hybridgetriebe 1 von der Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 abzukoppeln. Die Trennkupplung K0 ist koaxial zur Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 angeordnet. In einem geöffneten Zustand der Trennkupplung K0 ist die dritte Zwischenwelle 23 von der Dämpfungseinrichtung 9 und somit von der Kurbelwelle 3.1 des Verbrennungsmotors 3 entkoppelt. Vorliegend ist die Trennkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Alternativ kann die Trennkupplung K0 als kraftschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Ansonsten entsprechen sich das Hybridgetriebe 1 nach 4 und das Hybridgetriebe 1 nach 5. Die Schaltmatrix gemäß 1c gilt auch für das Hybridgetriebe 1 gemäß 5.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridgetriebe
    2
    erste Getriebeeingangswelle
    3
    Verbrennungsmotor
    3.1
    Kurbelwelle
    4
    zweite Getriebeeingangswelle
    5
    erste Elektromaschine
    5.1
    Rotorwelle
    6
    Differenzial
    6.1
    erste Seitenwelle
    6.2
    zweite Seitenwelle
    6.3
    Differenzialkorb
    7
    zweite Elektromaschine
    8
    weitere Elektromaschine
    8.1
    Rotorwelle
    9
    Dämpfungseinrichtung
    10
    Hauptabtriebswelle
    11
    erste Zwischenwelle
    12
    zweite Zwischenwelle
    20
    Zahnrad
    21
    Zahnrad
    22
    Zugmittel
    23
    dritte Zwischenwelle
    30
    Zahnrad
    31
    Zahnrad
    32
    Zugmittel
    40
    Zahnrad
    41
    Zahnrad
    42
    Zwischenrad
    G
    Gehäuse
    DS1
    erstes Doppelschaltelement
    DS2
    zweites Doppelschaltelement
    DS3
    drittes Doppelschaltelement
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    E
    fünftes Schaltelement
    F
    sechstes Schaltelement
    K0
    Trennkupplung
    H1
    erster verbrennungsmotorischer Gang
    H2
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang
    H3
    dritter verbrennungsmotorischer Gang
    E2
    elektromotorischer Gang
    EDA1
    erster elektrodynamischer Anfahrmodus
    EDA2
    zweiter elektrodynamischer Anfahrmodus
    EDA3
    dritter elektrodynamischer Anfahrmodus
    P1
    erster Planetenradsatz
    P11
    Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
    P12
    Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
    P13
    Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
    P14
    Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
    P2
    zweiter Planetenradsatz
    P21
    Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
    P22
    Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
    P23
    Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
    P24
    Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
    P3
    dritter Planetenradsatz des dritten Planetenradsatzes
    P31
    Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
    P32
    Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
    P33
    Planetenträger des dritten Planetenradsatzes
    P34
    Planetenrad des dritten Planetenradsatzes
    100
    Kraftfahrzeug
    101
    erste Achse des Kraftfahrzeugs
    102
    zweite Achse des Kraftfahrzeugs
    103
    Antriebsstrang
    111
    Rad
    112
    Rad
    113
    Rad
    114
    Rad
  • 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
    • DE 102013215114 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug (100), aufweisend • eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur Anbindung einer Kurbelwelle (3.1) eines Verbrennungsmotors (3), • eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung einer Rotorwelle (5.1) einer ersten Elektromaschine (5), • einen ersten Planetenradsatz (P1) mit einem Sonnenrad (P11), einem Hohlrad (P12) und einem Planetenträger (P13), • einen zweiten Planetenradsatz (P2) mit einem Sonnenrad (P21), einem Hohlrad (P22) und einem Planetenträger (P23), wobei die beiden Planetenradsätze (P1, P2) und die beiden Getriebeeingangswellen (2, 4) koaxial zueinander angeordnet sind, • eine Hauptabtriebswelle (10), die koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet ist, • zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D) und ein fünftes Schaltelement (E), wobei alle fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet sind.
  2. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1, wobei alle fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind, und wobei zumindest drei der fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) axial zwischen den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet sind.
  3. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Differenzial (6), das koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle (6.1, 6.2) aufweist, wobei die Hauptabtriebswelle (10) zumindest mittelbar an dem Differenzial (6) angebunden ist, und wobei die Seitenwellen (6.1, 6.2) des Differenzials (6) zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet sind.
  4. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 3, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2), die zweite Getriebeeingangswelle (4) sowie die Hauptabtriebswelle (10) als Hohlwellen ausgebildet sind und sich die zweite Seitenwelle (6.2) des Differenzials (6) im Wesentlichen axial durch das gesamte Hybridgetriebe (1) erstreckt.
  5. Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei gemäß einer axialen Reihenfolge zunächst das Differenzial (6), daran angrenzend der zweite Planetenradsatz (P2), daran angrenzend die Anbindung der ersten Elektromaschine (5), daran angrenzend das fünfte Schaltelement (E), daran angrenzend das dritte Schaltelement (C), daran angrenzend das vierte Schaltelement (D), daran angrenzend der erste Planetenradsatz (P1), daran angrenzend die Anbindung des Verbrennungsmotors (3), daran angrenzend das zweite Schaltelement (B), und daran angrenzend das erste Schaltelement (A) angeordnet sind.
  6. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner aufweisend einen dritten Planetenradsatz (P3), der koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet sowie im Leistungsfluss zwischen dem zweiten Planetenradsatz (P2) und dem Differenzial (6) angeordnet ist, wobei der dritte Planetenradsatz (P3) ein Sonnenrad (P31), ein Hohlrad (P32) und einen Planetenträger (P33) aufweist, wobei das Sonnenrad (P31) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit dem Planetenträger (P23) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad (P32) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einem Gehäuse (G) des Hybridgetriebes (1) drehfest verbunden ist, wobei der Planetenträger (P33) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einem Differenzialkorb (6.3) des Differenzials (6) drehfest verbunden ist.
  7. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sonnenrad (P11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Gehäuse (G) des Hybridgetriebes (1) drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1) im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements (A) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) verbunden ist, wobei der Planetenträger (P13) des ersten Planetenradsatzes (P1) im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements (B) mit der ersten Getriebeeingangswelle (2) verbunden ist und im geschlossenen Zustand des vierten Schaltelements (D) mit dem Hohlrad (P22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist.
  8. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sonnenrad (P21) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (4) drehfest verbunden ist, wobei das Hohlrad (P22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements (C) mit dem Hohlrad (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, wobei das fünfte Schaltelement (E) im geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz (P2) verblockt, wobei der Planetenträger (P23) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Hauptabtriebswelle (10) drehfest verbunden ist.
  9. Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Hohlrad (P22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (4) drehfest verbunden ist, wobei das Sonnenrad (P21) des zweiten Planetenradsatzes (P2) im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements (C) mit dem Hohlrad (P12) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, wobei das fünfte Schaltelement (E) im geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz (P2) verblockt, wobei der Planetenträger (P23) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Hauptabtriebswelle (10) drehfest verbunden ist.
  10. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein sechstes formschlüssiges Schaltelement (F), das koaxial zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordnet ist und in einem geschlossenen Zustand das Hohlrad (P22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit einem Gehäuse (G) des Hybridgetriebes (1) verbindet.
  11. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Schaltelement (A, B) zu einem ersten Doppelschaltelement (DS1) zusammengefasst ausgebildet sind, wobei das dritte und vierte Schaltelement (C, D) zu einem zweiten Doppelschaltelement (DS2) zusammengefasst ausgebildet sind.
  12. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine zweite Elektromaschine (8) dazu eingerichtet ist, an die erste Getriebeeingangswelle (2) angebunden zu sein.
  13. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein als Trennkupplung (K0) ausgebildetes Schaltelement achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle (2) angeordnet ist, wobei die Trennkupplung (K0) dazu eingerichtet ist, das Hybridgetriebe (1) von der Kurbelwelle (3.1) des Verbrennungsmotors (3) abzukoppeln.
  14. Hybridgetriebe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) dazu eingerichtet ist, zumindest über ein Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad mit dem achsparallel zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordneten Verbrennungsmotor (3) verbunden zu sein, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) dazu eingerichtet ist, zumindest über ein Zugmittel und/oder über mindestens ein Zwischenrad mit der achsparallel zu den beiden Planetenradsätzen (P1, P2) angeordneten ersten Elektromaschine (5) verbunden zu sein.
  15. Kraftfahrzeug (100) mit einem Verbrennungsmotor (3), zumindest einer ersten Elektromaschine (5) und einem Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Hybridgetriebe (1), der Verbrennungsmotor (3) und die erste Elektromaschine (5) achsparallel zueinander angeordnet sind.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE69010472T2 (de) 1989-12-18 1995-03-16 Pierre Andre Georg Lepelletier Automatisches Mehrganggetriebe für Fahrzeuge.
DE102013215114A1 (de) 2013-08-01 2015-02-05 Zf Friedrichshafen Ag Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs
DE102017221775A1 (de) 2017-12-04 2019-06-06 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridantriebsstrang
DE102020125276A1 (de) 2020-09-28 2022-03-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

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