DE102021211821B4 - Hybridgetriebevorrichtung und Antrieb mit einer Hybridgetriebevorrichtung - Google Patents

Hybridgetriebevorrichtung und Antrieb mit einer Hybridgetriebevorrichtung Download PDF

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Matthias Horn
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    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0039—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising three forward speeds

Abstract

Hybridgetriebevorrichtung (1) für einen Antrieb (103) eines Kraftfahrzeugs (100), aufweisend• zumindest eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (3),• zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung eines Rotors einer ersten Elektromaschine (5),• einen Planetenradsatz (PS), aufweisend die Radsatzelemente Sonnenrad (41), Hohlrad (42) und Planetenträger (43), wobei am Planetenträger (43) mehrere Planetenräder (44) drehbar gelagert sind, und wobei der Planetenradsatz (PS) achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (2) und zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist,• ein erstes Stirnradpaar (ST1), ein zweites Stirnradpaar (ST2), zumindest ein drittes Stirnradpaar (ST3) sowie zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C) und zumindest ein viertes Schaltelement (D) zum Verblocken des Planetenradsatzes (PS) und zum Schalten zumindest eines ersten elektromotorischen Gangs (E2),• eine Hauptabtriebswelle (10), die koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle (2) angeordnet ist und die achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) und zum Planetenradsatz (PS) angeordnet ist, wobei die Hauptabtriebswelle (10) zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle (9a) antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades (104) des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet ist,• ein viertes Stirnradpaar (ST4), das dazu eingerichtet ist, im Kraftfluss zwischen einem Verbrennungsmotor (3) und der ersten Getriebeeingangswelle (2) antriebswirksam angeordnet zu sein, wobei auf der Hauptabtriebswelle (10) wenigstens ein erstes Festrad (26), ein Losrad (24) sowie eine Losradanordnung (14), bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern (22, 28), angeordnet sind, wobei bei geschlossenem ersten Schaltelement (A) die erste Getriebeeingangswelle (2) über das erste Stirnradpaar (ST1) mit dem Planetenradsatz (PS) antriebswirksam verbunden ist, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement (B) die erste Getriebeeingangswelle (2) über das zweite Stirnradpaar (ST2) mit dem Planetenradsatz (PS) antriebswirksam verbunden ist, und wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement (C) die erste Getriebeeingangswelle (2) mit der Hauptabtriebswelle (10) antriebswirksam verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung.
  • Bei der Realisierung von Getrieben gibt es zwei unterschiedliche Ansätze. Zum einen können die Getriebe möglichst langbauend aber in radialer Richtung kurz für eine Heck-Längs-Anordnung im Fahrzeug ausgebildet werden. Alternativ ist es bekannt, für eine Front-Quer-Anordnung im Fahrzeug die Getriebe axial kurz aber in radialer Richtung länger auszubilden. Weiterhin ist es bekannt, Antriebsstränge dadurch zu hybridisieren, dass mindestens eine Elektromaschine im Fahrzeug vorgesehen ist, die ein Drehmoment über das Getriebe in den Antriebsstrang einleiten kann.
  • 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 des unmittelbar axial benachbarten Stirnradpaares 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 DE 10 2006 027 709 A1 offenbart eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle für eine Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, eine Abtriebswelle zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sowie ein Wechselgetriebe. Ferner sind eine Zusatzantriebsmaschine sowie ein Planetengetriebe vorgesehen. Die Zusatzantriebsmaschine ist mit einem ersten Teil des Planetengetriebes gekoppelt und die Abtriebswelle ist mit einem zweiten Teil des Planetengetriebes gekoppelt. Das Wechselgetriebe weist wenigstens eine erste schaltbare Gangstufe auf, über die die Antriebswelle der Getriebeeinheit unter Umgehung des Planetengetriebes direkt mit der Abtriebswelle betriebsmäßig koppelbar ist. Das Wechselgetriebe weist außerdem wenigstens eine zweite schaltbare Gangstufe auf, über die die Antriebswelle über einen dritten Teil des Planetengetriebes indirekt mit der Abtriebswelle betriebsmäßig koppelbar ist.
  • Ferner offenbart die DE 10 2013 214 950 A1 einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung. Mittels der Drehmomentüberlagerungseinrichtung ist ein Drehmoment des Verbrennungsmotors mit einem Drehmoment des Elektromotors überlagerbar. Die Drehmomentüberlagerungseinrichtung ist ausgangsseitig mit einem Abtrieb des Fahrzeugs verbunden. Die Drehmomentüberlagerungseinrichtung weist einen ersten und einen zweiten Drehmomenteingang und einen Drehmomentausgang sowie eine erste Übersetzungseinrichtung und eine zweite Übersetzungseinrichtung auf. Der Elektromotor ist mit dem ersten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar und der Verbrennungsmotor ist mit dem zweiten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar. Der erste Drehmomenteingang ist mit der ersten Übersetzungseinrichtung verbunden und der zweite Drehmomenteingang ist mit der zweiten Übersetzungseinrichtung drehmomentfest verbunden. Die Übersetzungseinrichtungen sind jeweils abtriebsseitig mit dem Drehmomentausgang der Drehmomentüberlagerungseinrichtung drehmomentfest gekoppelt. Die erste Übersetzungseinrichtung umfasst mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen und die zweite Übersetzungseinrichtung umfasst mindestens eine alternativ anwählbare Übersetzungsstufe. Die erste Übersetzungseinrichtung umfasst zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen wenigstens einen Planetenradsatz. Die zweite Übersetzungseinrichtung umfasst zur Darstellung der wenigstens einen anwählbaren Übersetzungsstufe wenigstens einen Stirnradsatz. Zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung der zweiten Übersetzungseinrichtung mit dem Planetenradsatz ist eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung auf dem Planetenradsatz angeordnet.
  • Weitere Hybridgetriebevorrichtungen gehen aus der DE 10 2020 104 791 A1 und der DE 10 2017 221 775 A1 hervor.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Hybridgetriebevorrichtung sowie einen alternativen Antrieb für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll die Hybridgetriebevorrichtung kompakt ausgebildet sein. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der davon abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs umfasst
    • • zumindest eine erste Getriebeeingangswelle zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors,
    • • zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung eines Rotors einer ersten Elektromaschine,
    • • einen Planetenradsatz, aufweisend die Radsatzelemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger, wobei am Planetenträger mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind, und wobei der Planetenradsatz achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle und zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist,
    • • ein erstes Stirnradpaar, ein zweites Stirnradpaar, zumindest ein drittes Stirnradpaar sowie zumindest ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und zumindest ein viertes Schaltelement zum Verblocken des Planetenradsatzes und zum Schalten zumindest eines ersten elektromotorischen Gangs,
    • • eine Hauptabtriebswelle, die achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle und zum Planetenradsatz angeordnet ist, wobei die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, wobei bei geschlossenem ersten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle über das erste Stirnradpaar mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle über das zweite Stirnradpaar mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist, und wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle mit der Hauptabtriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • An die Hybridgetriebevorrichtung ist wenigstens eine erste Elektromaschine und ein Verbrennungsmotor eines Antriebs des Kraftfahrzeugs ankoppelbar, wobei die Schaltelemente dazu vorgesehen sind, die erste Elektromaschine und/oder den Verbrennungsmotor je nach Gangstufe mit Komponenten der Hybridgetriebevorrichtung zu koppeln und so einen Antrieb des Kraftfahrzeugs mit unterschiedlichen Antriebsarten und Übersetzungen zu realisieren. Der Antrieb kann je nach Schaltstellung der Schaltelemente rein elektrisch oder hybridisiert bzw. verbrennungsmotorisch bzw. mechanisch erfolgen. Ferner kann mithilfe der zumindest ersten Elektromaschine während Schaltvorgängen eine Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb realisiert werden. Die Schaltvorgänge können dabei abtriebsgestützt oder elektrodynamisch erfolgen.
  • Unter einer Anbindung eines Bauteils oder einer antriebswirksamen Verbindung zwischen zwei Bauteilen ist zu verstehen, dass diese Bauteile entweder unmittelbar miteinander verbunden sind oder über mindestens ein weiteres Bauteil miteinander verbunden sein können. Beispielsweise ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors permanent drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Beispielsweise ist der Rotor bzw. die Rotorwelle der Elektromaschine drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden. Unter einer drehfesten Verbindung ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche eine Antriebsleistung, insbesondere eine Drehzahl und ein Drehmoment, überträgt. Durch drehfeste Verbindungen wird die Kompaktheit erhöht und das Gewicht der Hybridgetriebevorrichtung verringert. Unter „permanent drehfest verbunden“ ist insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche Drehzahl und Drehmoment über eine vollständige Umdrehung gemittelt unverändert überträgt. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhaft kompakte Anordnung bereitgestellt werden.
  • Bevorzugt ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet. Ferner bevorzugt ist die zweite Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet. Unter einer „Getriebeeingangswelle“ ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung an die Antriebseinheit, insbesondere an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und/oder einem Rotor der jeweiligen Elektromaschine, eingerichtet ist. Unter einem „Getriebeelement“ ist insbesondere eine Ausgestaltung zu verstehen, die zur permanenten drehfesten Verbindung zwischen Bauteilen des Getriebes vorgesehen ist, insbesondere von Zahnrädern, Wellen und/oder Kopplungselementen.
  • Unter einer Hauptabtriebswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zur zumindest mittelbaren Anbindung der Hybridgetriebevorrichtung an weitere den Antrieb ausführenden Bauteilen des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Hauptabtriebswelle ist achsparallel zu der jeweiligen Seitenwelle der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet und verbindet insbesondere die Hybridgetriebevorrichtung mit den Rädern der jeweiligen Achse des Kraftfahrzeugs. Die Hauptabtriebswelle ist erfindungsgemäß koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
  • Unter einem Stirnradpaar sind zwei achsparallel zueinander angeordnete sowie im Zahneingriff miteinander stehende Stirnräder zu verstehen. Mithin bildet ein Stirnradpaar eine Radsatzebene bzw. eine Stirnradstufe aus. Die Stirnradstufe kann je nach Ausbildung der Hybridgetriebevorrichtung eine Zwischenstufe bzw. eine Zwischenwelle mit wenigstens einem drehfest daran angeordneten Zwischenrad aufweisen. Das erste, zweite und wenigstens dritte Stirnradpaar ist zur Realisierung mehrerer Gangstufen, vorzugsweise von drei hybridischen bzw. verbrennungsmotorischen Gangstufen, ausgebildet. Gegebenenfalls können weitere Stirnradstufen vorgesehen sein, beispielsweise zur Realisierung einer Rückwärtsgangstufe und/oder zur Realisierung eines Achsversatzes und/oder zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses und/oder zur Realisierung weiterer hybridischer bzw. verbrennungsmotorischer Gangstufen.
  • Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist die Hauptabtriebswelle drehfest mit der ersten Seitenwelle verbunden. Die erste Seitenwelle kann in die Hauptabtriebswelle integriert sein. Alternativ kann die Hauptabtriebswelle über weitere Bauteile oder Anordnungen mit der ersten und/oder weiteren Seitenwelle verbunden sein. Beispielsweise kann im Leistungsfluss nach der Hauptabtriebswelle eine Übersetzungsstufe, insbesondere eine Stirnradstufe, und/oder ein Differential angeordnet sein, das die Antriebsleistung auf zwei Seitenwellen verteilt, wobei die Hauptabtriebswelle somit über das Differential und gegebenenfalls eine oder mehrere Übersetzungsstufen mit der jeweiligen Seitenwelle verbunden ist. Alternativ kann die Hauptabtriebswelle über eine Radanbindung mit einem Rad des Kraftfahrzeugs zu Realisierung eines Einzelradantriebs verbunden sein. Die Hauptabtriebswelle kann also gleichzeitig die Ausgangswelle der Hybridgetriebevorrichtung sein, wobei die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar mit einem Kraftfahrzeugrad verbunden sein kann.
  • Unter dem Begriff „wirkverbunden“ bzw. dem Begriff „Wirkverbindung“ ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt, also unmittelbar, oder mittelbar, beispielsweise über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung eines Zahnrades, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel oder Zugmittel, insbesondere Ketten oder Zahnriemen, erfolgen. Bei einer mittelbaren Verbindung kann zwischen den beiden Bauteilen ein weiteres im Kraftfluss dazwischen angeordnetes Bauteil vorgesehen sein. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen weitere Wellen und/oder Zahnräder wirksam angeordnet sein.
  • Unter einer Wirkverbindung ist insbesondere eine antriebstechnische Verbindung zu verstehen.
  • Unter „direkt“ ist eine unmittelbare Verbindung der Elemente ohne Zwischenschaltung schaltbarer Kupplungselemente und/oder Zahnräder oder Zahnradstufen zu verstehen. Unter „vorgesehen“ ist insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet zu verstehen. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
  • Die Hauptabtriebswelle ist vorzugsweise eine Vorgelegewelle einer Vorgelegestufe, die koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle, achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle und achsparallel zum Planetenradsatz angeordnet und drehbar gelagert ist. Das erste Stirnradpaar kann ein auf der Vorgelegewelle als erstes Losrad angeordnetes erstes Zahnrad sein, das mit einem zweiten Zahnrad in Zahneingriff steht. Das zweite Stirnradpaar weist ein auf der Hauptabtriebswelle als zweites Losrad angeordnetes und zum ersten Zahnrad axial beabstandetes drittes Zahnrad sowie ein mit dem dritten Zahnrad in Zahneingriff stehendes viertes Zahnrad auf. Das vierte Zahnrad ist axial benachbart zum zweiten Zahnrad angeordnet, wobei das zweite und vierte Zahnrad koaxial zum Planetenradsatz angeordnet sind. Auf der Vorgelegewelle sind folglich wenigstens ein Zahnrad, vorzugsweise zwei Zahnräder, jeweils als Losrad angeordnet. Das mit dem ersten Zahnrad kämmende zweite Zahnrad ist mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden oder verbindbar. Das mit dem dritten Zahnrad kämmende vierte Zahnrad ist ebenfalls mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden oder verbindbar. Die Vorgelegewelle bzw. die Hauptabtriebswelle ist insbesondere als Getriebeausgangswelle zu verstehen, welche eine von der jeweiligen Elektromaschine und/oder dem Verbrennungsmotor kommende Antriebsleistung zusammenführt bzw. aufsummiert und zumindest mittelbar auf die jeweilige Seitenwelle überträgt. Das erste oder zweite Losrad kann Teil einer Losradanordnung, bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern, sein. Das dritte Stirnradpaar weist ein auf der Hauptabtriebswelle als Festrad angeordnetes und zum ersten und zweiten Zahnrad axial beabstandetes fünftes Zahnrad sowie ein mit dem fünften Zahnrad in Zahneingriff stehendes sechstes Zahnrad auf. Das sechste Zahnrad ist axial benachbart sowie koaxial zum zweiten und vierten Zahnrad angeordnet. Das sechste Zahnrad ist mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden oder verbindbar.
  • Vorzugsweise umfasst die Hybridgetriebevorrichtung ein Differential, das koaxial zum Planetenradsatz angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle aufweist, wobei die Seitenwellen mit dem Differential wirkverbunden sind und zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet sind, wobei die Hauptabtriebswelle über eine erste Übersetzungsstufe mit dem Differential wirkverbunden ist. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der ersten Elektromaschine erzeugte Antriebsleistung wird je nach Schaltstellung der Schaltelemente im Planetenradsatz zusammengeführt bzw. überlagert und von dort über die Hauptabtriebswelle auf das Differential übertragen. Alternativ wird die Antriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor direkt von der ersten Getriebeeingangswelle auf die Hauptabtriebswelle übertragen. In diesem Fall sind die erste Getriebeeingangswelle und die Hauptabtriebswelle drehfest verbunden. Die Antriebsleistung wird im Zugbetrieb unabhängig des Leistungsflusses jedenfalls im Differential auf die beiden Seitenwellen aufgeteilt und an ein mit der jeweiligen Seitenwelle wirkverbundenes angetriebenes Rad des Kraftfahrzeugs übertragen. Zwischen der Hauptabtriebswelle und dem Differential ist die erste Übersetzungsstufe angeordnet, um eine im Wesentlichen achsparallele Anordnung des Differentials und der als Vorgelegewelle ausgeführten Hauptabtriebswelle zu realisieren. Die erste Übersetzungsstufe ist vorzugsweise als Stirnradstufe ausgebildet, sodass die Stirnradstufe ein fünftes Stirnradpaar bildet.
  • Das Differential kann beispielsweise als Kugeldifferential, Stirnraddifferential, Kegeldifferential oder Planetenraddifferential ausgebildet sein. Die Seitenwellen sind gemeinsam auf einer Abtriebsachse angeordnet, wobei die Hauptabtriebswelle mit der ersten Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet sind. Somit sind das Differential und der Planetenradsatz auf der bzw. koaxial zur Abtriebsachse angeordnet. Mithin sind auch der Verbrennungsmotor sowie die jeweilige Elektromaschine achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet. Der Planetenradsatz ist um die zweite Seitenwelle herum konzentrisch angeordnet. Ist kein Differential vorgesehen, liegt die Abtriebsachse koaxial zur Hauptabtriebswelle.
  • Unter einem „Planetenradsatz“ ist insbesondere eine Einheit mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mit mehreren von einem Planetenträger auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad geführten Planetenrädern zu verstehen. Vorteilhafterweise weist der Planetenradsatz genau ein Standübersetzungsverhältnis auf. Vorzugsweise ist der Planetenradsatz 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 Planetenradsatz summiert Antriebsleistung des Verbrennungsmotors sowie der zumindest ersten Elektromaschine auf.
  • Wenn die Hybridgetriebevorrichtung ein Differential umfasst, sind die miteinander in Wirkverbindung stehenden Bauteile des Planetenradsatzes, also das Hohlrad, das Sonnenrad sowie der Planetenträger, des jeweiligen Planetenradsatzes sind bevorzugt als Hohlwellen bzw. Hohlräder ausgebildet, sodass die zweite Seitenwelle des Differentials axial durch den Planetenradsatz hindurchgeführt werden kann. In diesem Sinn erstreckt sich die zweite Seitenwelle des Differentials vorzugsweise axial durch die Hybridgetriebevorrichtung.
  • Vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor zumindest mittelbar über ein erstes Zugmittel oder über mindestens ein erstes Zwischenrad mit der ersten Getriebeeingangswelle wirkverbunden. Über das erste Zugmittel oder das erste Zwischenrad wird die achsparallele Anordnung des Verbrennungsmotors relativ zum Planetenradsatz, zur Hauptabtriebswelle bzw. der ersten Getriebeeingangswelle sowie zur zweiten Getriebeeingangswelle realisiert. Das erste Zugmittel bzw. das zumindest erste Zwischenrad ist zur zumindest mittelbaren Übertragung einer Antriebsleistung zwischen dem Verbrennungsmotor, insbesondere der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, und der ersten Getriebeeingangswelle vorgesehen. Als Anbindung des Verbrennungsmotors ist wenigstens eine insbesondere als Festübersetzung ausgeführte Übersetzungsstufe zwischen der Kurbelwelle und der ersten Getriebeeingangswelle zu verstehen, umfassend das erste Zugmittel bzw. das zumindest erste Zwischenrad. Ferner kann eine weitere Übersetzungsstufe, insbesondere ein Stirnradpaar vorgesehen sein, um eine Drehrichtungsumkehr zu realisieren. Damit kann der Verbrennungsmotor platzsparend im Kraftfahrzeug angeordnet werden.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel ist die erste Getriebeeingangswelle über ein weiteres Stirnradpaar und/oder eine weitere Übersetzungsstufe mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Damit ist die erste Getriebeeingangswelle mittelbar mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Die Hybridgetriebevorrichtung umfasst erfindungsgemäß ein viertes Stirnradpaar, das dazu eingerichtet ist, im Kraftfluss zwischen einem Verbrennungsmotor und der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam angeordnet zu sein. Anders gesagt ist der Verbrennungsmotor über das erste Zugmittel oder das mindestens erste Zwischenrad sowie über das vierte Stirnradpaar mit der ersten Getriebeeingangswelle wirkverbunden.
  • Das vierte Stirnradpaar weist ein auf der Hauptabtriebswelle als Losrad angeordnetes und zum ersten, zweiten und dritten Zahnrad axial beabstandetes siebtes Zahnrad sowie ein mit dem siebten Zahnrad in Zahneingriff stehendes achtes Zahnrad auf. Das achte Zahnrad ist axial benachbart sowie koaxial zum zweiten, vierten und sechsten Zahnrad angeordnet.
  • Das siebte Zahnrad des vierten Stirnradpaares ist vorzugsweise drehfest mit dem ersten Zahnrad des ersten Stirnradpaares verbunden. Mithin bilden das siebte und erste Zahnrad eine erste Losradanordnung, bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern. Das erste und siebte Zahnrad sind als Losradanordnung auf der Hauptabtriebswelle angeordnet und sind drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Das zweite und achte Zahnrad sind axial beabstandet zueinander, jedoch koaxial zum Planetenradsatz und zur zweiten Seitenwelle angeordnet. Die zweite Seitenwelle ist axial durch das zweite und achte Zahnrad hindurchgeführt. Auf der Hauptabtriebswelle sind erfindungsgemäß wenigstens ein erstes Festrad, ein Losrad sowie eine Losradanordnung, bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern, angeordnet.
  • Damit ist der Verbrennungsmotor, insbesondere die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zweistufig mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden, wobei die erste Stufe durch das erste Zugmittel oder das wenigstens erste Zwischenrad und die zweite Stufe durch das vierte Stirnradpaar gebildet werden. Die zweistufige Verbindung des Verbrennungsmotors mit der ersten Getriebeeingangswelle ermöglicht eine Anordnung des Verbrennungsmotors wenigstens teilweise in einer Ebene mit der Hybridgetriebevorrichtung, wodurch eine kompakte Bauweise des Antriebs realisiert wird.
  • Bevorzugt ist die zweite Getriebeeingangswelle zumindest über ein zweites Zugmittel und/oder über mindestens ein erstes Zwischenrad mit einem ersten Radsatzelement des Planetenradsatzes wirkverbunden. Mithin ist die zweite Getriebeeingangswelle mit einem ersten Radsatzelement des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden. Über das zweite Zugmittel wird die achsparallele Anordnung der ersten Elektromaschine relativ zum Planetenradsatz sowie zur Hauptabtriebswelle und ersten Getriebeeingangswelle realisiert. Das zweite Zugmittel bzw. das zumindest zweite Zwischenrad ist zur zumindest mittelbaren Übertragung einer Antriebsleistung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle und dem Planetenradsatz vorgesehen. Als Anbindung der zweiten Getriebeeingangswelle ist insbesondere eine als Festübersetzung ausgeführte zweite Übersetzungsstufe zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle und dem Eingang bzw. dem jeweiligen Radsatzelement des Planetenradsatzes zu verstehen, umfassend das zweite Zugmittel bzw. das zumindest zweite Zwischenrad.
  • Die erste Getriebeeingangswelle ist je nach Schaltstellung über eines der Schaltelemente und ein damit wirkverbundenes Stirnradpaar mit einem zweiten Radsatzelement des Planetenradsatzes antriebswirksam verbindbar. Mittels des Planetenradsatzes erfolgt ein Summieren der Antriebsleistung der ersten Elektromaschine und gegebenenfalls des Verbrennungsmotors. Der Planetenradsatz dient also insbesondere als Summiergetriebe.
  • Wenn das jeweilige Zugmittel der Hybridgetriebevorrichtung ein Umschlingungsmittel, wie beispielsweise eine Kette oder ein Zahnriemen, ist, kann insbesondere Gewicht und Bauraum bei gleichzeitig erhöhter Flexibilität eingespart werden. Das jeweilige Zugmittel kann dazu vorgesehen sein, die Kurbelwelle bzw. den damit wirkverbundenen Verbrennungsmotor, mit dem Planetenradsatz antriebstechnisch zu verbinden und/oder die zweite Getriebeeingangswelle, bevorzugt die damit wirkverbundene erste Elektromaschine, mit dem Planetenradsatz antriebstechnisch zu verbinden.
  • Die Hauptabtriebswelle ist vorzugsweise als Vollwelle ausgebildet. Vorzugsweise sind die Seitenwellen des Differentials als Zentralwellen der Hybridgetriebevorrichtung ausgebildet. Beispielsweise ist der Planetenträger als Ausgangswelle des Planetenradsatzes eingerichtet, wobei der Planetenträger über das dritte Stirnradpaar, bestehend aus einem drehfest mit dem Planetenträger verbundenem Zahnrad und einem drehfest mit der Hauptabtriebswelle verbundenem Zahnrad, der Hauptabtriebswelle und einer Übersetzungsstufe bzw. einem fünften Stirnradpaar, beispielsweise bestehend aus einem drehfest mit der Hauptabtriebswelle verbundenem neunten Zahnrad und einem drehfest mit einer Welle des Differentials verbundenem zehnten Zahnrad, mit dem Differential antriebswirksam verbunden ist. Beispielsweise ist das drehfest mit einer Welle des Differentials verbundene zehnte Zahnrad als Verzahnungsabschnitt an einem Differentialkorb ausgebildet. Dadurch kann der Planetenradsatz vorteilhaft an der Differentialachse positioniert werden, wodurch die Hybridgetriebevorrichtung kompakter wird.
  • Beispielsweise ist das Differential axial angrenzend, insbesondere unmittelbar axial angrenzend an den Planetenradsatz angeordnet. Vorzugsweise befinden sich bis auf die zweite Seitenwelle, die sich von dem Differential durch den Planetenradsatz bis zu einem Rad des Fahrzeugs erstreckt, räumlich zwischen dem Differential und dem Planetenradsatz keine weiteren Bauteile. Der Planetenradsatz umgibt somit zumindest einen Teil der zweiten Seitenwelle in radialer Richtung. Die Begriffe axial und radial sind insbesondere auf die Hauptrotationsachse der Hybridgetriebevorrichtung bezogen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die zweite Seitenwelle ausgehend vom Differential als Zentralwelle axial durch die gesamte Hybridgetriebevorrichtung.
  • Durch die Kombination von drei Stirnradpaaren mit vier oder mehreren Schaltelementen und dem Planetenradsatz ergeben sich neben den verbrennungsmotorischen und elektromotorischen Fahrmodi weitere Funktionsmöglichkeiten für die Hybridgetriebevorrichtung, beispielsweise auch zwei elektrodynamische Anfahrmodi (EDA) und ein Fahrmodus „Laden in Neutral“ (LiN).
  • Unter einem „Schaltelement“ ist im Rahmen dieser Erfindung eine Einheit mit zumindest zwei Kopplungselementen und einem Schaltmittel zu verstehen, das dazu vorgesehen ist, eine schaltbare Verbindung zwischen den zumindest zwei Kopplungselementen herzustellen. Das jeweilige Schaltelement ist derart ausgebildet, dass mittels des Schaltmittels zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand geschaltet werden kann. Im geschlossenen Zustand des jeweiligen Schaltelements wird eine Antriebsleistung, insbesondere eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment, von einem ersten Bauteil auf das zweite Bauteil, oder umgekehrt, übertragen. Die beiden Bauteile sind folglich miteinander antriebswirksam verbunden bzw. gekoppelt bzw. drehfest verbunden. Im geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements wird demgegenüber keine Antriebsleistung von dem ersten Bauteil auf das zweite Bauteil, oder umgekehrt, übertragen. Die beiden Bauteile sind demzufolge nicht miteinander verbunden bzw. gekoppelt bzw. drehfest verbunden. Im geöffneten Zustand liegt das jeweilige Schaltelement in einer Neutralstellung vor.
  • Das jeweilige Schaltelement kann je nach Ausbildung auch mehr als zwei Kopplungselemente aufweisen, wobei wenigstens ein weiteres Kopplungselement dazu vorgesehen sein kann, eine drehfeste Verbindung durch Erzeugung eines Reibschlusses oder eines Formschlusses zu erzielen. Unter einem „Kopplungselement“ ist insbesondere ein permanent drehfest mit einem Getriebeelement, wie beispielsweise einer Welle, einem Losrad und/oder einem Festrad, verbundenes Element des Schaltelements zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „Kopplungselement“ ein axial und radial fixiertes Element zu verstehen, das für eine reib-, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit einem Schaltmittel vorgesehen ist, wie beispielsweise ein Losrad, welches eine Verzahnung zur Verbindung mit dem Schaltmittel aufweist, oder ein Lamellenträger einer Reibschlussschalteinheit. Unter einem „Schaltmittel“ eines Schaltelements ist insbesondere ein Element zu verstehen, das permanent drehfest aber axial und/oder radial beweglich mit einem der Kopplungselemente verbunden ist und das für eine reib-, kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit zumindest einem weiteren der Kopplungselemente vorgesehen ist, wie beispielsweise eine Schiebemuffe eines als Formschlussschaltelement ausgebildeten Schaltelements oder eine axial bewegliche Reiblamelle eines als Reibschlussschaltelement ausgebildeten Schaltelements.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel weist die Hybridgetriebevorrichtung genau vier Schaltelemente auf. Beispielsweise sind alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenkupplungen, ausgebildet, wobei jedenfalls das vierte Schaltelement koaxial zum Planetenradsatz auf der Hauptrotationsachse und jedenfalls das zweite und dritte Schaltelement koaxial zur Hauptabtriebswelle bzw. zur Vorgelegewelle, also auf der Vorgelegeachse, angeordnet sind. Das erste Schaltelement kann entweder auf der Hauptrotationsachse oder auf der Vorgelegeachse angeordnet sein.
  • In einem verbrennungsmotorischen Gang befindet sich das Kraftfahrzeug in einem verbrennungsmotorischen Betrieb allein mittels Verbrennungsmotor oder in Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine. Bei einer Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine, die jeweils auf den Abtrieb einwirken, liegt ein hybridischer Betrieb vor. Zur Einstellung eines verbrennungsmotorischen Ganges sind jeweils zwei der zumindest vier Schaltelemente geschlossen. Mittels der Hybridgetriebevorrichtung lassen sich insbesondere drei hybride bzw. verbrennungsmotorische Gänge realisieren, wobei für jeden der drei hybriden Gänge jedenfalls das vierte Schaltelement und zusätzlich das erste, zweite oder dritte Schaltelement geschlossen sind. Wenn nur das vierte Schaltelement geschlossen ist und die übrigen Schaltelemente offen sind, ist ein rein elektrischer Gang realisierbar, wobei der Verbrennungsmotor vom Abtrieb entkoppelt ist.
  • Bei geschlossenem ersten Schaltelement ist die erste Getriebeeingangswelle über das erste Stirnradpaar mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle über das zweite Stirnradpaar mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist, und wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle mit der Hauptabtriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Vorzugsweise sind das Sonnenrad oder das Hohlrad Eingangswelle des Planetenradsatzes, wobei der Planetenträger als Abtriebselement des Planetenradsatzes ausgebildet ist. Durch Schließen des ersten, zweiten oder dritten Schaltelements sowie zusätzlich des vierten Schaltelements wird ein verbrennungsmotorischer Gang realisiert. Je nach Ausgestaltung des Planetenradsatzes sind das erste, zweite dritte Schaltelement dazu vorgesehen, den Verbrennungsmotor entweder über das Hohlrad oder alternativ über das Sonnenrad an den Planetenradsatz anzubinden. Ebenso ist die erste Elektromaschine entweder über das Sonnenrad oder das Hohlrad an den Planetenradsatz angebunden. Je nach Schaltstellung der Schaltelemente kann Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor über das Sonnenrad und Antriebsleistung von der ersten Elektromaschine über das Hohlrad oder Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor über das Hohlrad und Antriebsleistung von der ersten Elektromaschine über das Sonnenrad oder Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor über das Sonnenrad und Antriebsleistung von der ersten Elektromaschine ebenfalls über das Sonnenrad oder Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor über das Hohlrad und Antriebsleistung von der ersten Elektromaschine ebenfalls über das Hohlrad in den Planetenradsatz eingeleitet werden. Mithin kann Antriebsleistung des Verbrennungsmotors zusammen mit Antriebsleistung der ersten Elektromaschine über das gleiche Radsatzelement oder durch unterschiedliche Radsatzelemente des Planetenradsatzes erfolgen, wobei das dritte Radsatzelement als Abtriebselement eingerichtet ist.
  • Bei geschlossenem ersten Schaltelement wird Antriebsleistung über die erste Übersetzungsstufe, das vierte Stirnradpaar, die erste Getriebeeingangswelle, das erste Stirnradpaar, das erste Schaltelement, den Planetenradsatz und das dritte Stirnradpaar auf die Hauptabtriebswelle übertragen, wobei die Antriebsleistung sodann von der Hauptabtriebswelle über das fünfte Stirnradpaar auf das Differential übertragen wird. Der Antrieb am Planetenradsatz erfolgt über das Hohlrad oder das Sonnenrad, wobei der Abtrieb am Planetenradsatz über den Planetenträger des Planetenradsatzes erfolgt. Mit anderen Worten ist der Verbrennungsmotor über das erste Stirnradpaar mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden, wobei die erste Elektromaschine das Drehmoment des Verbrennungsmotors je nach Anbindung am Hohlrad oder am Sonnenrad des Planetenradsatzes abstützt, und wobei der Planetenträger über das dritte Stirnradpaar mit dem Abtrieb verbunden ist. Mittels des ersten Schaltelements ist somit ein elektrodynamischer Anfahrmodus (EDA) in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs schaltbar. Aus diesem Modus kann durch Hinzuschalten des vierten Schaltelements in eine erste Vorwärtsgangstufe geschaltet werden. Mithin kann der elektrodynamische Anfahrmodus auch als elektrodynamischer Schaltmodus (EDS) verwendet werden.
  • Bei geschlossenem zweiten Schaltelement wird Antriebsleistung über die erste Übersetzungsstufe, das vierte Stirnradpaar, die erste Getriebeeingangswelle, das zweite Schaltelement, das zweite Stirnradpaar, den Planetenradsatz und das dritte Stirnradpaar auf die Hauptabtriebswelle übertragen, wobei die Antriebsleistung sodann von der Hauptabtriebswelle über das fünfte Stirnradpaar auf das Differential übertragen wird. Der Antrieb am Planetenradsatz erfolgt über das Hohlrad oder das Sonnenrad, wobei der Abtrieb am Planetenradsatz über den Planetenträger des Planetenradsatzes erfolgt. In diesem Schaltzustand ist der Verbrennungsmotor über das zweite Stirnradpaar mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden, wobei die erste Elektromaschine das Drehmoment des Verbrennungsmotors je nach Anbindung am Hohlrad oder am Sonnenrad des Planetenradsatzes abstützt, und wobei der Planetenträger über das dritte Stirnradpaar mit dem Abtrieb verbunden ist.
  • Sind nur das zweite Schaltelement geschlossen und gleichzeitig alle anderen Schaltelemente geöffnet, kann die erste Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor unabhängig vom Abtrieb verbunden werden. Die erste Elektromaschine und der Verbrennungsmotor drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. Dadurch ist das Starten des Verbrennungsmotor mittels der ersten Elektromaschine möglich. Zudem kann die erste Elektromaschine als Generator arbeiten, wobei ein sogenanntes „Laden in Neutral“ realisierbar ist. Die erste Elektromaschine kann so beispielsweise einen elektrischen Energiespeicher laden oder weitere elektrische Verbraucher, insbesondere eine oder mehrere weitere Elektromaschinen des Antriebs mit elektrischer Energie versorgen. Ein solcher Verbraucher kann beispielsweise eine zweite Elektromaschine sein, die beispielsweise eine weitere Fahrzeugachse des Kraftfahrzeugs im Sinne einer elektrischen Hinterachse antreibt. Ein Schalten von „Laden in Neutral in die zweite Vorwärtsgangstufe ist möglich durch Schließen des vierten Schaltelements.
  • Bei geschlossenem dritten Schaltelement wird Antriebsleistung über die erste Übersetzungsstufe, das vierte Stirnradpaar, die erste Getriebeeingangswelle und das dritte Schaltelement direkt auf die Hauptabtriebswelle übertragen, von die Antriebsleistung über das fünfte Stirnradpaar auf das Differential übertragen wird. Der Antrieb am Planetenradsatz erfolgt über das Hohlrad oder das Sonnenrad, wobei der Abtrieb am Planetenradsatz über den Planetenträger des Planetenradsatzes erfolgt. In diesem Schaltzustand ist der Verbrennungsmotor über das zweite Stirnradpaar mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden, wobei die erste Elektromaschine das Drehmoment des Verbrennungsmotors je nach Anbindung am Hohlrad oder am Sonnenrad des Planetenradsatzes abstützt, und wobei der Planetenträger über das dritte Stirnradpaar mit dem Abtrieb verbunden ist.
  • Über die Anbindung der ersten Elektromaschine und bei geschlossenem vierten Schaltelement wird Antriebsleistung der ersten Elektromaschine über die zweite Übersetzungsstufe auf den Planetenradsatz übertragen, wobei bei geschlossenem vierten Schaltelement die zweite Getriebeeingangswelle mit zwei Radsatzelementen des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden ist. Mit anderen Worten erfolgt ein Verblocken des Planetenradsatzes. Die zweite Getriebeeingangswelle ist bevorzugt stets mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden ist und ist mittels des vierten Schaltelements mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbindbar. Alternativ ist die zweite Getriebeeingangswelle mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden und mittels des vierten Schaltelements mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam verbindbar. Bei geschlossenem vierten Schaltelement ist die zweite Getriebeeingangswelle folglich sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad antriebswirksam verbunden. Das vierte Schaltelement ermöglicht, dass der Planetenradsatz wie ein herkömmliches Doppelkupplungsgetriebe im Hinblick auf die Gangübersetzungen, also die Gangstufen, ausgelegt werden kann. Ist ein Planetenradsatz verblockt, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl seiner Elemente stets 1. Anders ausgedrückt läuft der Planetenradsatz als Block um. Im verblockten Zustand verhält sich der Planetenradsatz so, als wäre kein Planetenradsatz vorhanden. Beispielsweise verbindet das vierte Schaltelement das Hohlrad und das Sonnenrad drehfest miteinander, wobei der Abtrieb über den Planetenträger erfolgt. Ferner wird durch das Verblocken des Planetenradsatzes, also durch Schließen des vierten Schaltelements und Öffnen aller verbleibenden Schaltelemente der erste elektromotorische Gang realisiert, wobei lediglich die erste Elektromaschine das Kraftfahrzeug antreibt. Der Verbrennungsmotor ist gleichzeitig vom Abtrieb entkoppelt.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Anbindung der ersten Elektromaschine in einer gemeinsamen Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zur Abtriebsachse verlauft, mit dem zweiten Stirnradpaar angeordnet. Insbesondere ist die Anbindung der ersten Elektromaschine bzw. die zweite Getriebeeingangswelle unmittelbar mit einem Zahnrad des zweiten Stirnradpaares, insbesondere dem koaxial zum Planetenradsatz angeordneten vierten Zahnrad des zweiten Stirnradpaares wirkverbunden. Alternativ ist die erste Elektromaschine separat an die Hybridgetriebevorrichtung angebunden. Dabei kann ein Zahnrad der Übersetzungsstufe zur Anbindung der ersten Elektromaschine, das koaxial zum Planetenradsatz angeordnet ist, drehfest mit dem axial beabstandet dazu angeordneten vierten Zahnrad des zweiten Stirnradpaares verbunden sein. Dadurch kann eine größere Flexibilität in der Wahl der Vorübersetzung der ersten Elektromaschine erreicht werden.
  • Nach einem Ausführungsbeispiel weist die Hybridgetriebevorrichtung ein fünftes Schaltelement zum Schalten zumindest eines zweiten elektrischen Ganges auf. Vorzugsweise ist das fünfte Schaltelement koaxial zum Planetenradsatz angeordnet.
  • Das fünfte Schaltelement verbindet eines der dem Antrieb des Planetenradsatzes zugeordneten Radsatzelemente, vorzugsweise das Hohlrad des Planetenradsatzes, mit einem ortsfesten Bauteil, insbesondere einem Gehäuse der Hybridgetriebevorrichtung. Dadurch ist ein kurzer elektrischer Gang möglich, beispielsweise zur Realisierung einer Rückwärtsfahrt.
  • Vorzugsweise sind zwei der Schaltelemente zu einem Doppelschalteinheit zusammengefasst ausgebildet. Insbesondere sind das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement zu einer Doppelschalteinheit zusammengefasst. Je mehr Schaltelemente jeweils zu einer Doppelschalteinheit zusammengefasst werden, desto weniger Aktuatoren werden in Summe benötigt, um die Schaltvorgänge vorzunehmen. Ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen, kann auch das vierte und fünfte Schaltelement zu einer zweiten Doppelschalteinheit zusammengefasst ausgebildet sein.
  • Unter einer Doppelschalteinheit ist generell eine Anordnung aus zwei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind. Ferner weist eine Doppelschalteinheit in der Regel eine Neutralstellung auf, bei der keine der zwei Schaltelemente der Doppelschalteinheit geschlossen ist. Die Doppelschalteinheit weist folglich eine erste Stellung auf, in der ein erstes Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der ein zweites Schaltelement geschlossen ist, und eine dritte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das zweite Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung. Die Doppelschalteinheit weist insbesondere eine einzige Schaltgabel und einen einzigen Aktuator zum Schalten der beiden Schaltelemente auf. Dadurch werden Bauraum, die erforderliche Anzahl an Aktuatoren, Gewicht und Getriebebauteile eingespart.
  • Wenn die Hybridgetriebevorrichtung ein Differential aufweist oder ein Differential ausgangsseitig der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet ist, sind auf der Hauptabtriebswelle genau zwei Festräder, ein separates Losrad sowie eine Losradanordnung angeordnet. Das zweite Festrad kann in diesem Fall Teil der Übersetzungsstufe sein, die beispielsweise als fünftes Stirnradpaar ausgebildet sein kann. Diese Übersetzungsstufe verbindet die Hauptabtriebswelle mit dem achsparallel dazu angeordneten Differential.
  • Vorzugsweise sind alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Mit anderen Worten sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und gegebenenfalls das fünfte Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenkupplungen, ausgebildet. 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 eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen, insbesondere Klauenkupplungen, werden Getriebeverluste reduziert.
  • Die Schaltelemente können grundsätzlich auch reibschlüssig ausgebildet sein. Die Begriffe „axial“ und „radial“ sind insbesondere auf die Hauptrotationsachse bezogen. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Schaltbarkeit erreicht werden. Es kann insbesondere ein elektrischer oder hybridisierter Gang durch entsprechende Schaltung der Schaltelemente bereitgestellt werden, wobei durch geeignete Kombination von Schaltelementen zu Doppelschalteinheiten die Effizienz der Hybridgetriebevorrichtung gesteigert werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Getriebeeingangswelle dazu eingerichtet, mit einer dritten Elektromaschine zumindest mittelbar verbunden oder über ein weiteres Schaltelement, insbesondere einer Trennkupplung, damit verbindbar zu sein. Beispielsweise ist koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein als Trennkupplung ausgebildetes Schaltelement angeordnet, wobei die Trennkupplung dazu eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor von der Hybridgetriebevorrichtung abzukoppeln. Die Trennkupplung kann sowohl als reibschlüssiges, als auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Die Trennkupplung ist im Kraftfluss zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet, und ermöglicht, den Verbrennungsmotor vom Antrieb zu entkoppeln. Dies kann für die Funktionssicherheit des Getriebes oder für einen Schleppstart des Verbrennungsmotors erforderlich sein.
  • Die dritte Elektromaschine kann analog zum Verbrennungsmotor über eine als Festübersetzung ausgebildete Übersetzungsstufe, umfassend ein drittes Zugmittel und/oder mindestens ein drittes Zwischenrad, an der Kurbelwelle angebunden sein. Dazu kann an der ersten Getriebeeingangswelle ein Losrad angeordnet sein, welches mit dem dritten Zugmittel bzw. dem dritten Zwischenrad wirkverbunden ist. Die dritte Elektromaschine ist bevorzugt als Startergenerator, insbesondere als Hochvolt-Startergenerator, ausgebildet. Beispielsweise ist die dritte Elektromaschine achsparallel zum Verbrennungsmotor sowie zur ersten Elektromaschine angeordnet. Alternativ ist die dritte Elektromaschine koaxial zum Verbrennungsmotor und achsparallel zur dritte Elektromaschine angeordnet. Insbesondere ist der Verbrennungsmotor über ein Schaltelement, insbesondere über die Trennkupplung, trennbar oder permanent mit der dritten Elektromaschine verbunden. Bevorzugt erfolgt über die dritte Elektromaschine ein Start des Verbrennungsmotors aus einem elektromotorischen Fahrmodus. Ferner kann die dritte Elektromaschine für die Stromversorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Auch ein serielles Kriechen, insbesondere Vorwärts- oder Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs ist vorteilhafterweise über die dritte Elektromaschine möglich. Die dritte Elektromaschine kann auch vorteilhaft zur Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors beim Ankoppeln und bei Schaltvorgängen dienen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Verbrennungsmotor und der Hybridgetriebevorrichtung eine Dämpfungseinrichtung angeordnet. Insbesondere ist die Dämpfungseinrichtung an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung und/oder ein Drehschwingungsdämpfer aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
  • Ein erfindungsgemäßer Antrieb ist in einem Kraftfahrzeug einsetzbar, das wenigstens eine erste Achse und eine zweite Achse bzw. wenigstens eine Vorderachse und wenigstens eine Hinterachse aufweist. Der Antrieb umfasst einen Verbrennungsmotor, wenigstens eine erste Elektromaschine sowie die erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung. Der Verbrennungsmotor ist achsparallel zur ersten Elektromaschine angeordnet. Die erste Elektromaschine kann Teil der Hybridgetriebevorrichtung sein. Der Antrieb ist folglich ein Hybridantrieb, in diesem Fall ein Hybridantriebsstrang. Beispielsweise ist die Hybridgetriebevorrichtung zusammen mit dem Verbrennungsmotor und der ersten Elektromaschine antriebswirksam an der ersten Achse bzw. an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei das Kraftfahrzeug folglich einen Frontantrieb aufweist. Der Frontantrieb an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs kann ferner die dritte Elektromaschine gemäß den vorherigen Ausführungen aufweisen, die zumindest mittelbar an die erste Getriebeeingangswelle angebunden oder ankoppelbar ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Antrieb ferner eine zweite Elektromaschine, die an der zweiten Achse des Kraftfahrzeugs antriebswirksam angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die zweite Elektromaschine zum Achsantrieb der zweiten Achse, insbesondere der Hinterachse, vorgesehen. In diesem Fall umfasst der Antrieb des Kraftfahrzeugs eine erste und dritte Elektromaschine, die jeweils zumindest mittelbar mit der Hybridgetriebevorrichtung an der ersten Achse des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbunden sind, sowie eine zweite Elektromaschine, die an der zweiten Achse antriebswirksam angeordnet ist. Dadurch kann ein Allrad-Antrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden, wobei der Verbrennungsmotor zusammen mit der ersten Elektromaschine und gegebenenfalls der dritten Elektromaschine den Frontantrieb des Kraftfahrzeugs und die zweite Elektromaschine einen rein elektrischen Heckantrieb, insbesondere Heckachsantrieb, bilden. Bei einem derartigen Antrieb des Kraftfahrzeugs ist eine sogenannte E-CVT-Funktion realisierbar, wobei ein batterieneutraler bzw. leistungsausgeglichener Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist. Mit anderen Worten kann die erste Elektromaschine in einem Motorbetrieb betrieben werden, während die zweite Elektromaschine in einem Generatorbetrieb betreibbar ist und so die erste Elektromaschine mit elektrischer Energie versorgen kann, oder umgekehrt. Außerdem ist denkbar, die zweite Elektromaschine zur Zugkraftunterstützung zu nutzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn keine dritte Elektromaschine vorgesehen ist. In einem solchen Fall kann die zweite Elektromaschine an der zweiten Achse die Zugkraft stützen, wenn in der Hybridgetriebevorrichtung Schaltvorgänge ausgeführt werden, bei denen der Abtrieb der Hybridgetriebevorrichtung lastfrei ist. Beispielsweise kann mittels der ersten Elektromaschine ein rein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen. Dabei ist nur das vierte Schaltelement geschlossen. Soll der Verbrennungsmotor gestartet werden, kann dies mittels der ersten Elektromaschine erfolgen, während ausschließlich das zweite Schaltelement geschlossen wird, die die erste Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor verbindet. Währenddessen kann die Zugkraft des Antriebs durch die zweite Elektromaschine aufrechterhalten werden.
  • Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Automobil (z. B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), einen Bus oder einen Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t). Mindestens an einer der Achsen des Kraftfahrzeugs ist die erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung wirksam angeordnet, wobei die Räder dieser Achse gemäß den vorherigen Ausführungen antreibbar sind. Es ist denkbar, dass mehrere oder alle Achsen des Kraftfahrzeugs eine jeweilige Hybridgetriebevorrichtung gemäß der vorher beschriebenen Art aufweisen.
  • Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antrieb, und umgekehrt. Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:
    • 1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antrieb sowie einer erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung,
    • 2 die Hybridgetriebevorrichtung nach 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 3 eine Schaltmatrix zu der Hybridgetriebevorrichtung nach 2,
    • 4 eine Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 5 eine Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
    • 6 eine Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
    • 7 eine Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform,
    • 8 eine Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform,
    • 9 ein erfindungsgemäßer Antrieb, umfassend die Hybridgetriebevorrichtung gemäß 4,
    • 10 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform, und
    • 11 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit zwei Achsen 101, 102 und vier Rädern 104, wobei an der ersten Achse 101, vorliegend der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 100, eine Hybridgetriebevorrichtung 1 eines Antriebs 103 des Kraftfahrzeugs 100, die mit einer ersten Elektromaschine 5, einem Verbrennungsmotor 3 und einer in 9 bis 11 gezeigten dritten Elektromaschine 21 antriebswirksam verbunden ist, angeordnet ist und wobei an der zweiten Achse 102, vorliegend der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 100, eine als Achsantrieb ausgebildete zweite Elektromaschine 7 zum elektrischen Hinterachsantrieb angeordnet ist. Alternativ kann der Antrieb mittels der zweiten Elektromaschine 7 an der Heck-Achse des Kraftfahrzeugs 100 auch entfallen.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor 3 und die erste Elektromaschine 5 achsparallel zur Hybridgetriebevorrichtung 1 angeordnet sind. Der Verbrennungsmotor 3 ist nach 9 bis 11, die den Antrieb 103 der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 100 darstellen, über eine Kurbelwelle 19 antriebswirksam mit einer ersten Getriebeeingangswelle 2 der Hybridgetriebevorrichtung 1 wirkverbunden. Die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 erfolgt über eine als Zugmitteltrieb ausgebildete erste Übersetzungsstufe 37, die nachfolgend beschrieben wird. In den Ausführungsbeispielen nach 2 bis 8 erfolgt die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 analog, wobei lediglich ein Pfeil 39 als Symbol für die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 an die erste Getriebeeingangswelle 2 der Hybridgetriebevorrichtung 1 dargestellt ist.
  • Die erste Elektromaschine 5 ist demgegenüber über eine zweite Getriebeeingangswelle 4, die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 2 sowie achsparallel zur Kurbelwelle 19 angeordnet ist, antriebswirksam mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle 4 ist drehfest mit einem - hier ebenfalls nicht gezeigten - Rotor der ersten Elektromaschine 5 verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle 4 ist damit koaxial zur Rotorwelle der Elektromaschine 5 angeordnet sowie drehfest damit verbunden. Die Anbindung der ersten Elektromaschine 5 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 erfolgt über eine als Stirnradtrieb ausgebildete zweite Übersetzungsstufe 38, die nachfolgend beschrieben wird.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst nach 2 bis 11 einen Planetenradsatz PS, der als Minusplanetenradsatz ausgebildet ist und die Radsatzelemente Sonnenrad 41, Hohlrad 42 und Planetenträger 43 umfasst. Am Planetenträger 43 sind Planetenräder 44 drehbar gelagert, die sowohl mit dem Sonnenrad 41 als auch mit dem Hohlrad 42 in Zahneingriff stehen. Der Planetenradsatz PS ist achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 2, zur zweiten Getriebeeingangswelle 4 und zur Kurbelwelle 19 angeordnet.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst ferner ein erstes Stirnradpaar ST1, ein zweites Stirnradpaar ST2, ein drittes Stirnradpaar ST3, ein viertes Stirnradpaar ST4 sowie ein fünftes Stirnradpaar STab. Das vierte Stirnradpaar ST4 ist zusammen mit der ersten Übersetzungsstufe 37 exemplarisch in 9 bis 11 dargestellt. In den 2 bis 8 wird aus Vereinfachungsgründen auf eine Darstellung der Anbindung des Verbrennungsmotors 3 an die erste Getriebeeingangswelle 2 verzichtet. In einer Basisvariante der Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 2 weist dieses außerdem vier Schaltelemente A, B, C, D auf, die zum Schalten unterschiedlicher verbrennungsmotorischer oder hybridischer Gänge sowie eines elektrischen Ganges vorgesehen sind, wie nachfolgend näher erläutert.
  • Das fünfte Stirnradpaar STab ist zur Realisierung eines Achsversatzes vorgesehen, wobei das fünfte Stirnradpaar STab mit einem als Kegeldifferential ausgebildeten Differential 8 wirkverbunden ist, welches eine Antriebsleistung auf eine erste und zweite Seitenwelle 9a, 9b aufteilt. Das Differential 8 ist koaxial zum Planetenradsatz PS sowie parallel zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 angeordnet. Das Differential 8 ist im Zugbetrieb abtriebseitig des fünften Stirnradpaares STab angeordnet, wobei das fünfte Stirnradpaar STab wiederum abtriebseitig einer Hauptabtriebswelle 10 einer Vorgelegestufe 6 der Hybridgetriebevorrichtung 1 angeordnet ist.
  • Über die Hauptabtriebswelle 10 und das fünfte Stirnradpaar STab wird eine Antriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor 3 und/oder der ersten Elektromaschine 5 in das Differential 8 geleitet. Das Differential 8 teilt die Antriebsleistung auf die beiden Seitenwellen 9a, 9b auf, die an ihren Enden - in hier nicht dargestellter Weise - mit einem jeweiligen Rad der ersten Achse 101 verbunden sind.
  • 2 zeigt eine Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Demnach umfasst der Antrieb 103 die Hybridgetriebevorrichtung 1 mit dem Planetenradsatz PS, dem Differential 8 sowie den vier Schaltelementen A, B, C, D und den vier Stirnradpaaren ST1, ST2, ST3, ST4, sowie die mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 antriebswirksam verbundene erste Elektromaschine 5 und den Verbrennungsmotor 3. Vorliegend ist die erste Elektromaschine 5 Teil der Hybridgetriebevorrichtung 1. Sie ist somit in die Hybridgetriebevorrichtung 1 integriert. Aus diesem Grund ist die erste Elektromaschine 5 zusammen mit der übrigen Hybridgetriebevorrichtung 1 in 2 bis 8 dargestellt. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, wobei dann die erste Elektromaschine 5 von der Hybridgetriebevorrichtung 1 auch beabstandet verbaut sein kann und mit dieser antriebswirksam verbunden sein kann. Die beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 sind achsparallel zu einer Hauptrotationsachse HA angeordnet, auf der das Differential 8 und der Planetenradsatz PS angeordnet sind. Der Planetenradsatz PS und das Differential 8 sind räumlich, insbesondere radial zwischen den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 angeordnet was in 9 bis 11 gezeigt ist.
  • Das Differential 8 und der Planetenradsatz PS sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die beiden Seitenwellen 9a, 9b des Differentials 8 ebenfalls auf der Hauptrotationsachse HA der Hybridgetriebevorrichtung 1 angeordnet sind. Die zweite Seitenwelle 9b erstreckt sich axial durch die Hybridgetriebevorrichtung 1. Die Hauptabtriebswelle 10 ist koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet. Mithin ist die Hauptabtriebswelle 10 auch achsparallel zum Verbrennungsmotor 3, zur ersten und dritten Elektromaschine 5, 21, zum Planetenradsatz PS sowie zum Differential 8 angeordnet.
  • Das erste Schaltelement A ist zum Schalten eines ersten verbrennungsmotorischen Ganges H1 ausgebildet, das zweite Schaltelement B ist zum Schalten eines zweiten verbrennungsmotorischen Ganges H2 ausgebildet, das dritte Schaltelement C ist zum Schalten eines dritten verbrennungsmotorischen Ganges H3 ausgebildet, wobei für jeden der verbrennungsmotorischen Gänge H1 - H3 stets das vierte Schaltelement D ebenfalls geschlossen ist, vgl. 3. Mittels des vierten Schaltelements D erfolgt ein Verblocken des Planetenradsatzes PS. Das zweite und dritte Schaltelement B, C sind nach 2 koaxial zur Hauptabtriebswelle 10 angeordnet, wobei das erste und vierte Schaltelemente A, D koaxial zum Planetenradsatz PS angeordnet sind. Das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C sind zu einer ersten Doppelschalteinheit DS1 zusammengefasst ausgebildet.
  • Das erste Stirnradpaar ST1 umfasst ein erstes Zahnrad 22, das als Losrad an der Hauptabtriebswelle 10 angeordnet ist und in Zahneingriff mit einem zweiten Zahnrad 23 steht, das mit einer ersten Welle 11 drehfest verbunden ist. Das erste Zahnrad 22 ist mit dem Verbrennungsmotor 3 wirkverbunden. Die erste Welle 11 ist über das erste Schaltelement A drehfest mit dem Hohlrad 42 verbindbar.
  • Ein drittes Zahnrad 24 des zweiten Stirnradpaares ST2 ist als Losrad an der Hauptabtriebswelle 10 angeordnet, das in Zahneingriff mit einem vierten Zahnrad 25 des zweiten Stirnradpaares ST2 steht, wobei das vierte Zahnrad 25 mit einer zweiten Welle 13 drehfest verbunden ist. Die zweite Welle 13 ist drehfest mit dem Sonnenrad 41 des Planetenradsatzes PS verbunden. Zudem ist die zweite Welle 13 mittels des vierten Schaltelements D mit dem Hohlrad P42 des Planetenradsatzes PS drehfest verbindbar.
  • Das dritte Stirnradpaar ST3 bildet den Abtrieb des Planetenradsatzes PS und verbindet den Planetenradsatz PS mit der Hauptabtriebswelle 10. Das dritte Stirnradpaar ST3 umfasst ein als permanent drehfestes Festrad an der Hauptabtriebswelle 10 angeordnetes fünftes Zahnrad 26, das mit einem sechsten Zahnrad 27 in Zahneingriff steht. Das sechste Zahnrad 27 ist mit einer dritten Welle 15 drehfest verbunden, die wiederum drehfest mit dem Planetenträger 43 des Planetenradsatzes PS verbunden ist.
  • Das in 9 bis 11 gezeigte vierte Stirnradpaar ST4 umfasst ein siebtes Zahnrad 28, das als Losrad an der Hauptabtriebswelle 10 angeordnet ist und in Zahneingriff mit einem achten Zahnrad 29 steht, das mit einer vierten Welle 18 drehfest verbunden ist. Das siebte Zahnrad 28 des vierten Stirnradpaares ST4 ist drehfest mit dem ersten Zahnrad 22 des ersten Stirnradpaares ST1 verbunden und bildet so eine Losradanordnung 14 an der Hauptabtriebswelle 10. Das achte Zahnrad 29 ist mit der ersten Übersetzungsstufe 37 wirkverbunden.
  • Das fünfte Stirnradpaar STab weist ein neuntes Zahnrad 30 auf, das als permanent drehfestes Festrad an der Hauptabtriebswelle 10 befestigt ist und in Zahneingriff mit einem zehnten Zahnrad 31 steht, das wiederum als Verzahnungsabschnitt an einem Differentialkorb K des Differentials 8 ausgebildet ist. Auf der Hauptabtriebswelle 10 sind somit genau zwei als Festräder ausgeführte Zahnräder 30, 26, das als Losrad angeordnete dritte Zahnrad 24 sowie die Losradanordnung 14, bestehend aus den beiden drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern 22, 28, angeordnet.
  • Nach 9 bis 11 ist die Kurbelwelle 19 über die erste Übersetzungsstufe 37 sowie das vierte Stirnradpaar ST4 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 angebunden. Die Kurbelwelle 19 ist dazu vorgesehen, ein von dem Verbrennungsmotor 3 abgegebenes Antriebsmoment in die Hybridgetriebevorrichtung 1 einzuleiten. Die erste Übersetzungsstufe 37 weist ein vorliegend als Kette ausgebildetes erstes Zugmittel 60 auf, dass ein als Losrad an der Kurbelwelle 19 angeordnetes elftes Zahnrad 32 mit einem zwölften Zahnrad 33 antriebswirksam verbindet. Das zwölfte Zahnrad 33 ist drehfest mit der vierten Welle 18 und damit auch drehfest mit dem achten Zahnrad 29 des vierten Stirnradpaares ST4 verbunden.
  • Das elfte Zahnrad 32 der ersten Übersetzungsstufe 37 ist drehfest mit einem dreizehnten Zahnrad 34 einer dritten Übersetzungsstufe 16 verbunden, das über ein zweites Zugmittel 61 mit einem vierzehnten Zahnrad 35 wirkverbunden ist. Das vierzehnte Zahnrad 35 ist ein Ritzel einer dritten Getriebeeingangswelle 20, die mit einer in 9 bis 11 gezeigten dritten Elektromaschine 21 wirkverbunden ist. Die dritte Elektromaschine 21 ist vorliegend als Hochvolt-Startergenerator (HVSG) ausgebildet. Das erste und zweite Zugmittel 60, 61 sind hier als Zahnriemen ausgebildet. Das elfte und dreizehnte Zahnrad 32, 34 sind über eine fünfte Welle 36 drehfest miteinander verbunden.
  • Die fünfte Welle 36 kann gemäß 9 bis 11 unterschiedlich mit der ersten Übersetzungsstufe 37 wirkverbunden oder wirkverbindbar sein. Dies wird nachfolgend beschrieben. Jedenfalls ist im Kraftfluss zwischen der fünften Welle 36 und der Kurbelwelle 19 eine Dämpfungseinrichtung 17 angeordnet. Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 wird zumindest mittelbar über die erste Übersetzungsstufe 37 und das vierte Stirnradpaar ST4 in die Hybridgetriebevorrichtung 1 geleitet.
  • Die zweite Getriebeeingangswelle 4 zur direkten Anbindung eines Rotors der ersten Elektromaschine 5 ist über eine als Stirnradtrieb ausgebildete zweite Übersetzungsstufe 38 angebunden und ebenfalls getriebeeingangsseitig am Planetenradsatz PS angeordnet. Die zweite Getriebeeingangswelle 4 ist dazu vorgesehen, ein von der ersten Elektromaschine 5 abgegebenes Antriebsmoment in den Planetenradsatz PS einzuleiten. Die zweite Übersetzungsstufe 38 weist ein als Ritzel der ersten Elektromaschine 5 ausgebildetes fünfzehntes Zahnrad 62 sowie ein Zwischenrad 40 auf, wobei das Zwischenrad 40 mit dem fünfzehnten Zahnrad 62 sowie dem vierten Zahnrad 25 des zweiten Stirnradpaares ST2 in Zahneingriff steht und auf einer - hier nicht näher beschriebenen - Zwischenwelle drehfest angeordnet und gelagert ist. Die zweite Übersetzungsstufe 27 ist damit in einer Ebene mit dem zweiten Stirnradpaar ST2 angeordnet und an die Hybridgetriebevorrichtung 1 angebunden.
  • Durch entsprechende Schaltung der Schaltelemente A - D mittels mehrerer - hier nicht gezeigter - Betätigungseinrichtungen jeweils zwischen einem ersten Schaltzustand, insbesondere einem geöffneten Zustand, und einem zweiten Schaltzustand, insbesondere einem geschlossenen Zustand, ist ein elektrodynamisches Anfahren sowie ein rein elektrischer oder ein hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs 100 realisierbar. Dies wird nachfolgend näher erläutert. Das jeweilige Schaltelement A - D ist in einem geschlossenen Zustand dazu vorgesehen, zwischen zwei Kopplungselementen eine drehfeste Verbindung zu erzeugen. In einem geöffneten Zustand bzw. in einer Neutralstellung ist das jeweilige Schaltelement A - D dazu vorgesehen, das erste Kopplungselement relativ zu dem zweiten Kopplungselement freizugeben. Die Schaltelemente A - D sind vorliegend als formschlüssige Schaltelemente, hier jeweils als nichtsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet. Die Schaltelemente A - D sind zur Schaltung und/oder Verblockung des Planetenradsatzes PS, zur Realisierung eines elektrodynamischen Anfahr-Modus sowie zum Wechsel zwischen einem rein elektrischen und einem hybridisierten Antrieb vorgesehen.
  • Gemäß einer axialen Reihenfolge entlang der Hauptrotationsachse HA innerhalb der Hybridgetriebevorrichtung 1 sind zunächst das Differential 8 mit dem fünften Stirnradpaar STab, daran axial angrenzend das dritte Stirnradpaar ST3, daran axial angrenzend der Planetenradsatz PS, daran axial angrenzend die Anbindung der zweiten Getriebeeingangswelle 4, also die zweite Übersetzungsstufe 38, sowie das zweite Stirnradpaar ST2, daran axial angrenzend das vierte Schaltelement D, das zweite und dritte Schaltelement B, C als erste Doppelschalteinheit DS1 sowie das erste Schaltelement A, und daran axial angrenzend das erste Stirnradpaar ST1 angeordnet. Daran axial angrenzend kann ferner die Anbindung der Kurbelwelle 19 mittels der ersten Übersetzungsstufe 37 sowie daran axial angrenzend das vierte Stirnradpaar ST4 angeordnet sein.
  • Anhand 3 werden anhand einer Schaltmatrix unterschiedliche Fahrbetriebe erläutert, die mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 unabhängig der jeweiligen, hier vorgeschlagenen Ausführungsform einrichtbar sind. In 3 ist eine Schalttabelle der Schaltelemente A - D für einen verbrennungsmotorischen bzw. Hybrid-Fahrbetrieb, einen elektromotorischen Fahrbetrieb, einen elektrodynamischen Anfahrmodus, einem „Laden in Neutral“-Modus sowie einem Abkopplungsmodus zugeordnet.
  • Für das Kraftfahrzeug 100 stehen drei mechanische Hauptfahrgänge für den Verbrennungsmotor 3 und gegebenenfalls für die erste Elektromaschine 5 zur Verfügung.
  • In einer ersten verbrennungsmotorischen bzw. hybridisierten Vorwärtsgangstufe H1 sind das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei das zweite und dritte Schaltelement B, C geöffnet sind. Leistung fließt folglich von dem Verbrennungsmotor 3 ausgehend von der ersten Getriebeeingangswelle 2 über das erste Stirnradpaar ST1, das erste Schaltelement A, den Planetenradsatz PS, das dritte Stirnradpaar ST3 und von dort über die Hauptabtriebswelle 10 und das fünfte Stirnradpaar STab zum Differential 8. Die erste verbrennungsmotorische bzw. hybridisierte Vorwärtsgangstufe H1 wird somit über den mittels des vierten Schaltelements D verblockten Planetenradsatz PS sowie das erste und dritte Stirnradpaar ST1, ST3 erzeugt. Über das vierte Schaltelement D ist die erste Elektromaschine 5 ebenfalls direkt mit dem Abtrieb verbunden.
  • In einer zweiten verbrennungsmotorischen bzw. hybridisierten Vorwärtsgangstufe H2 sind das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei das erste und dritte Schaltelement A, C geöffnet sind. Leistung fließt folglich von dem Verbrennungsmotor 3 ausgehend von der ersten Getriebeeingangswelle 2 über das zweite Schaltelement B, das zweite Stirnradpaar ST2, den Planetenradsatz PS, das dritte Stirnradpaar ST3 und von dort über die Hauptabtriebswelle 10 und das fünfte Stirnradpaar STab zum Differential 8. Die zweite verbrennungsmotorische bzw. hybridisierte Vorwärtsgangstufe H2 wird somit über den mittels des vierten Schaltelements D verblockten Planetenradsatz PS sowie das zweite und dritte Stirnradpaar ST2, ST3 erzeugt. Über das vierte Schaltelement D ist die erste Elektromaschine 5 ebenfalls direkt mit dem Abtrieb verbunden.
  • In einer dritten verbrennungsmotorischen bzw. hybridisierten Vorwärtsgangstufe H3 sind das zweite Schaltelement C und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei das erste und zweite Schaltelement A, B geöffnet sind. Leistung fließt folglich von dem Verbrennungsmotor 3 ausgehend von der ersten Getriebeeingangswelle 2 über das dritte Schaltelement C zur Hauptabtriebswelle 10 und von dort über das fünfte Stirnradpaar STab zum Differential 8. Mithin wird ein Direktgang realisiert. Über das vierte Schaltelement D ist die erste Elektromaschine 5 ebenfalls direkt mit dem Abtrieb verbunden. Leistung der ersten Elektromaschine 5 fließt somit über den verblockten Planetenradsatz PS und das dritte Stirnradpaar ST3 zur Hauptabtriebswelle 10. Die dritte verbrennungsmotorische bzw. hybridisierte Vorwärtsgangstufe H3 wird somit über den mittels des vierten Schaltelements D verblockten Planetenradsatz PS sowie das dritte Stirnradpaar ST3 erzeugt.
  • Mittels der Hybridgetriebevorrichtung 1 ist zudem ein elektrodynamisches Anfahren sowie elektrodynamische Lastschaltungen möglich.
  • Durch ausschließliches Schließen des ersten Schaltelements A bei gleichzeitig geöffnetem zweiten, dritten und vierten Schaltelement B - D, entsteht ein elektrodynamischer Anfahr-Zustand (EDA) am Planetenradsatz PS. Der Verbrennungsmotor 3 ist dann über das erste Stirnradpaar ST1 mit dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes PS verbunden. Die erste Elektromaschine 5 stützt das Drehmoment des Verbrennungsmotors 3 ab, wobei der Abtrieb über den Planetenträger 43 und das dritte Stirnradpaar ST3 auf die Hauptabtriebswelle 10 erfolgt. Dadurch kann das Kraftfahrzeug 100 elektrodynamisch anfahren. Hat das Kraftfahrzeug 100 im EDA-Modus eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht, kann das vierte Schaltelement D zusätzlich geschlossen werden, wodurch der Antrieb aus dem EDA-Modus in den ersten Vorwärtsgang H1 geschaltet wird. Der EDA-Zustand EDA ist ein leistungsverzweigter Fahrbereich für den Verbrennungsmotor 3. Dabei fungiert die erste Elektromaschine 5 im Anfahrpunkt immer generatorisch und geht mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit in den motorischen Bereich über.
  • Durch ausschließliches Schließen des zweiten Schaltelements B bei gleichzeitig geöffnetem erste, dritten und vierten Schaltelement A, C, D wird die erste Elektromaschine 5 mit dem Verbrennungsmotor 3 unabhängig vom Abtrieb verbunden. Die erste Elektromaschine 5 und der Verbrennungsmotor 3 drehen in einem festen Verhältnis zueinander, wodurch mittels der ersten Elektromaschine 5 ein Starten des Verbrennungsmotors 3 erfolgen kann. Außerdem kann die erste Elektromaschine 5 als Generator arbeiten, womit der Modus „Laden in Neutral“ realisierbar ist. Die erste Elektromaschine 5 kann so beispielsweise einen - hier nicht gezeigten - elektrischen Energiespeicher laden, der wiederum elektrische Energie für die zweite Elektromaschine 7 und/oder die dritte Elektromaschine 21 bereitstellen kann.
  • Ausgehend von der dritten verbrennungsmotorischen bzw. hybridisierten Vorwärtsgangstufe H3 kann die erste Elektromaschine 5 vom Antrieb entkoppelt werden. Dies geschieht durch Öffnen des vierten Schaltelements D, wobei lediglich das dritte Schaltelement C geschlossen bleibt. Der damit erreichte Direktgang kann beispielsweise bei hohen Fahrgeschwindigkeiten vorteilhaft sein, wenn die Antriebsleistung im Wesentlichen vom Verbrennungsmotor 3 kommt. Dies ist unter dem Abkopplungsmodus zu verstehen.
  • Ein elektrodynamisches Schalten von einer ersten in eine zweite Vorwärtsgangstufe H1, H2 erfolgt, indem ausgehend von der ersten Vorwärtsgangstufe H1, mit geschlossenem ersten und vierten Schaltelement A, D, ein Lastabbau am ersten Planetenradsatz P1 eine Lastübernahme durch Stützlast der ersten Elektromaschine 5 erfolgt. Dadurch ist ein lastfreies Öffnen des dritten Schaltelements K3 möglich. Anschließend wird eine Anschlussdrehzahl des Verbrennungsmotors 3 am zweiten Schaltelement B durch Kompensation der ersten Elektromaschine 5 eingestellt, wodurch ein lastfreies Schließen des zweiten Schaltelements B zur Realisierung der zweiten Vorwärtsgangstufe H2 erfolgen kann. Mithin erfolgt ein unabhängiger, hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs 100.
  • Ein elektrodynamisches Schalten von der zweiten in eine dritte Vorwärtsgangstufe H2, H3 erfolgt, indem ausgehend von der zweiten Vorwärtsgangstufe H2 am zweiten Planetenradsatz P2 eine Lastübernahme durch Stützlast der ersten Elektromaschine 5 erfolgt. Dadurch ist ein lastfreies Öffnen des ersten Schaltelements A möglich. Anschließend wird eine Blockdrehzahl am Verbrennungsmotor 3 für den Planetenradsatz PS durch Kompensation der ersten Elektromaschine 5 eingestellt, wodurch ein lastfreies Schließen des dritten Schaltelements C zur Realisierung der dritten Vorwärtsgangstufe H3 erfolgen kann. Mithin erfolgt auch hier ein unabhängiger, hybridisierter Antrieb des Kraftfahrzeugs 100.
  • Mittels einer solchen Hybridgetriebevorrichtung 1 lässt sich zwischen den Gängen auf zwei unterschiedliche Arten unter Last schalten. Einerseits ist eine abtriebsgestützte Lastschaltung durch die erste Elektromaschine 5, eine sogenannte EMS-Schaltung, und andererseits ist eine elektrodynamische Schaltung über den jeweiligen EDA Modus, eine sogenannte EDS-Schaltung, möglich.
  • Eine EMS-Lastschaltung kann beispielsweise abtriebsgestützt zwischen dem ersten hybridischen Fahrmodus H1 und dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 erfolgen. Beispielsweise kann ausgehend vom ersten hybridischen Fahrmodus H1, bei dem die Schaltelemente A und D geschlossen sind, ein Lastabbau am ersten Schaltelement A und gleichzeitig ein Lastaufbau an der ersten Elektromaschine 5 erfolgen, wobei das erste Schaltelement A anschließend geöffnet wird. Nach dem Öffnen des ersten Schaltelements A wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 abgesenkt, bis das zweite Schaltelement B synchron wird. Dazu kann die dritte Elektromaschine 21 bevorzugt generatorisch arbeiten oder der Verbrennungsmotor 3 kann im Schubbetrieb arbeiten.
  • Der Schaltvorgang vom zweiten hybridischen Fahrmodus H2 in den dritten hybridischen Fahrmodus H3 erfolgt analog, jedoch ausgehend vom geschlossenen zweiten Schaltelement B und geöffneten dritten Schaltelement C hin zum Schließen des dritten Schaltelements C und Öffnen des zweiten Schaltelements B.
  • Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Reihenfolge. Schubschaltungen sind ebenfalls möglich, da die erste Elektromaschine 5 auch Antriebsmomente am Planetenradsatz PS bremsend abstützen kann.
  • Eine EDS-Lastschaltung kann beispielsweise elektrodynamisch zwischen dem ersten hybridischen Fahrmodus H1 und dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 oder zwischen dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 und dem dritten hybridischen Fahrmodus H3 erfolgen. Beispielsweise können ausgehend vom zweiten hybridischen Fahrmodus H2, bei dem das zweite und vierte Schaltelement B, D geschlossen sind, die Antriebsmomente des Verbrennungsmotors 3 und der ersten Elektromaschine 5 derart eingestellt werden, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment eingestellt wird und andererseits das zweite Schaltelement B lastfrei wird, wobei das zweite Schaltelement B, sobald es lastfrei ist, geöffnet wird. Anschließend werden die Antriebsmomente des Verbrennungsmotors 3 und der ersten Elektromaschine 5 derart eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment eingestellt und andererseits die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 abgesenkt werden, bis das dritte Schaltelement C synchron wird und in der Folge geschlossen werden kann. Dadurch wird der dritte hybridische Fahrmodus H3 für den Verbrennungsmotor 3 mechanisch geschaltet, wobei die Schaltelemente C und D geschlossen sind. Der Schaltvorgang vom ersten hybridischen Fahrmodus H1 in den zweiten hybridischen Fahrmodus H2 erfolgt analog. Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Reihenfolge. Schubschaltungen sind ebenfalls möglich, da die erste Elektromaschine 5 auch Antriebsmomente am Planetenradsatz PS bremsend abstützen kann.
  • Mittels der ersten Elektromaschine 5 wird der erste elektromotorische Fahrmodus E2, also ein rein elektrischer Fahrmodus, realisiert, indem nur das vierte Schaltelement D geschlossen ist und alle anderen Schaltelemente A, B, C geöffnet sind.
  • 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Hybridgetriebevorrichtung 1. Die Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 4 beruht auf der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform nach 1 bis 3. Der Unterschied besteht im Wesentlichen darin, dass die Hybridgetriebevorrichtung 1 ein fünftes Schaltelement E zum Schalten eines kurzen elektrischen Ganges aufweist. Der zweite elektrische Gang ist in der Schaltmatrix nach 3 nicht dargestellt. Das fünfte Schaltelement E ist koaxial zur Hauptrotationsachse HA angeordnet und verbindet im geschlossenen Zustand das Hohlrad 42 mit einem Gehäuse G. Mithin wird das Hohlrad 42 am Gehäuse G festgesetzt. Dieser zweite elektromotorische Gang hat eine kürzere Übersetzung als der erste elektromotorische Gang E2 und ist deswegen vorzugsweise für einen Rückwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs 100 vorgesehen, wobei der erste elektromotorische Gang E2 vorzugsweise für einen Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs 100 vorgesehen ist. Vorteilhaft ist, dass aus Sicht der ersten Elektromaschine 5 stets eine hohe Übersetzung im Vorwärtsbetrieb des Kraftfahrzeugs 100 gegeben ist. In den rein elektrischen Gängen erfolgt der Antrieb des Fahrzeugs 100 ausschließlich über die erste Elektromaschine 5, wobei der Verbrennungsmotor 3 vom Antrieb entkoppelt ist.
  • Vorliegend sind das vierte und fünfte Schaltelement D, E zu einer zweiten Doppelschalteinheit DS2 zusammengefasst ausgeführt. Dies ist von Vorteil, da dadurch diese beiden Schaltelemente D, E ebenfalls durch einen gemeinsamen - hier nicht gezeigten - Aktuator betätigt werden können. In diesem Ausführungsbeispiel sind vorteilhafterweise nur drei Aktuatoren zur Betätigung der insgesamt fünf Schaltelemente A - E erforderlich.
  • 5 zeigt eine dritte Ausgestaltungsform der Hybridgetriebevorrichtung 1, die im Wesentlichen auf der Ausgestaltung der Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beruht. Deswegen wird auf die Erklärungen zu 1 bis 3 verwiesen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Radsatzelemente des Planetenradsatzes PS alternativ angeordnet sind. In diesem Fall erfolgt der Abtrieb zwar weiterhin über den Planetenträger 43, jedoch ist hier das Hohlrad 42 mit der zweiten Welle 13 und dem vierten Zahnrad 25 drehfest verbunden, sodass die erste Elektromaschine 5 am Hohlrad 42. Der Verbrennungsmotor 3 ist bei geschlossenem ersten Schaltelement mit dem Sonnenrad 41 und bei geschlossenem zweiten Schaltelement mit dem Hohlrad 42 angebunden. Der Vorteil besteht darin, dass die erste Elektromaschine 5 eine geringere Ausgleichsdrehzahl im elektrodynamischen Anfahrmodus EDA oder bei einer elektrodynamischen Schaltung erzeugt. Das vierte Schaltelement D ist weiterhin axial angrenzend an der Anbindung des zweiten Getriebeeingangswelle 4 angeordnet und verbindet in einem geschlossenen Zustand unverändert das Hohlrad 42 mit dem Sonnenrad 41 drehfest.
  • Der Unterschied zwischen der vierten Ausführungsform gemäß 6 und der ersten Ausführungsform nach 1 bis 3 besteht darin, dass die axiale Reihenfolge der Anordnung der Hybridgetriebevorrichtung 1 geändert ist. Vorliegend betrifft dies den Planetenradsatz PS und das dritte Stirnradpaar ST3. Im Übrigen ist der Aufbau der Hybridgetriebevorrichtung 1 identisch zu 2. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass über dem Planetenradsatz PS kein zusätzlicher Topf benötigt wird. Zudem kann flexibel auf Bauraumanforderungen im Kraftfahrzeug 100 reagiert werden.
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel nach 7 basiert ebenfalls auf der ersten Ausführungsform nach 1 bis 3. In diesem Beispiel ist das erste Schaltelement A in Form einer Losradvariante koaxial zur Hauptabtriebswelle 10 und der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet. Das erste Schaltelement A ist hier im Bereich der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet, wobei das erste Zahnrad 22 als Losrad an der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet ist und mittels des ersten Schaltelements A drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbindbar ist. Die erste Welle 11 ist vorliegend drehfest mit dem zweiten Zahnrad 23 sowie dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes PS verbunden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann die Hybridgetriebevorrichtung 1 flexibel auf Bauraumanforderungen im Kraftfahrzeug 100 angepasst werden.
  • Das in 8 gezeigte sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 1 bis 3 dahingehend, dass die erste Elektromaschine 5 separat an die Hybridgetriebevorrichtung 1, insbesondere an die zweite Welle 13, angebunden ist. Damit liegen die zweite Übersetzungsstufe 38 und das zweite Stirnradpaar ST2 in zwei parallelen Ebenen, die jeweils senkrecht zur Hauptrotationsachse HA ausgerichtet sind, wobei die zweite Übersetzungsstufe 38 hier ein sechzehntes Zahnrad 63 aufweist, das über die zweite Welle 13 drehfest mit dem vierten Zahnrad 25 des zweiten Stirnradpaares ST2 verbunden ist. Das Zwischenrad 40 kämmt somit mit dem fünfzehnten Zahnrad 62 und dem sechzehnten Zahnrad 63. Das sechzehnte Zahnrad 63 ist vorliegend axial zwischen dem Planetenradsatz PS und dem zweiten Stirnradpaar ST2 angeordnet. Dadurch kann eine größere Flexibilität in der Wahl der Vorübersetzung der ersten Elektromaschine 5 erreicht werden.
  • 9 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung des Antriebs 103, der die Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 4 umfasst. Vorliegend ist die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 sowie die Anbindung der dritten Elektromaschine 21 an die erste Getriebeeingangswelle 2 dargestellt. Dies wurde vorab bereits beschrieben. Zu erwähnen ist, dass die dritte Elektromaschine 21 alternativ auch koaxial zum Verbrennungsmotor 3 angeordnet sein kann. Ferner ist denkbar, dass die dritte Elektromaschine 21 entfällt. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Antrieb 103 eine zweite Elektromaschine 7 an der zweiten Achse 102 des Kraftfahrzeugs 100 als Achsantrieb gemäß 1 umfasst. 9 zeigt ebenfalls, dass die erste Getriebeeingangswelle 2 als Hohlwelle ausgeführt ist, sodass sich die Hauptabtriebswelle 10 axial durch die die erste Getriebeeingangswelle 2 erstrecken kann. Im Übrigen sei zu 9 auf das vorher Gesagte verwiesen.
  • Die siebte Ausführungsform der Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 10 sowie die achte Ausführungsform der Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 11 sind jeweils im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform nach 4 in Verbindung mit 9 ausgebildet. Der Unterschied besteht hier vornehmlich darin, dass zwischen der Kurbelwelle 19 und der fünften Welle 36 eine Trennkupplung K0 angeordnet ist. Diese ermöglicht, dass der Verbrennungsmotor 3 zusammen mit der dritten Elektromaschine 21 vom Antrieb entkoppelt werden kann. Ebenso wie die Schaltelemente A - E ist auch die Trennkupplung K0 zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand schaltbar. Nach 10 ist die Trennkupplung K0 analog zu den Schaltelemente A - E als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung, ausgebildet. Gemäß 11 ist die Trennkupplung K0 als reibschlüssiges Schaltelement A ausgebildet, vorliegend als Lamellenkupplung mit miteinander in Reibkontakt bringbaren Lamellenpaaren. Die Trennkupplung K0 ist im Leistungsfluss zwischen der fünften Welle 36 und der Dämpfungseinrichtung 17 angeordnet. Wenn die Trennkupplung K0 geschlossen ist, wird Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 über die erste Übersetzungsstufe 37 und das vierte Stirnradpaar ST4 in die Hybridgetriebevorrichtung 1 geleitet.
  • Bei sämtlichen verbrennungsmotorischen bzw. hybridisierten Fahrbetrieben H1 - H3 ist die Trennkupplung K0 ebenfalls geschlossen, sodass der Verbrennungsmotor 3 an den Abtrieb gekoppelt ist.
  • Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder den Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Hybridgetriebevorrichtung
    2
    erste Getriebeeingangswelle
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    zweite Getriebeeingangswelle
    5
    erste Elektromaschine
    6
    Vorgelegestufe
    7
    zweite Elektromaschine
    8
    Differential
    9a
    erste Seitenwelle
    9b
    zweite Seitenwelle
    10
    Hauptabtriebswelle
    11
    erste Welle
    12
    Zwischenwelle
    13
    zweite Welle
    14
    Losradanordnung
    15
    dritte Welle
    16
    dritte Übersetzungsstufe
    17
    Dämpfungseinrichtung
    18
    vierte Welle
    19
    Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
    20
    dritte Getriebeeingangswelle
    21
    dritte Elektromaschine
    22
    erstes Zahnrad
    23
    zweites Zahnrad
    24
    drittes Zahnrad bzw. Losrad
    25
    viertes Zahnrad
    26
    fünftes Zahnrad
    27
    sechstes Zahnrad
    28
    siebtes Zahnrad
    29
    achtes Zahnrad
    30
    neuntes Zahnrad
    31
    zehntes Zahnrad
    32
    elftes Zahnrad
    33
    zwölftes Zahnrad bzw. zweites Festrad
    34
    dreizehntes Zahnrad
    35
    vierzehntes Zahnrad
    36
    fünfte Welle
    37
    erste Übersetzungsstufe
    38
    zweite Übersetzungsstufe
    39
    Pfeil
    40
    Zwischenrad
    41
    Sonnenrad
    42
    Hohlrad
    43
    Planetenträger
    44
    Planetenrad
    60
    erstes Zugmittel
    61
    zweites Zugmittel
    62
    fünfzehntes Zahnrad
    63
    sechzehntes Zahnrad
    100
    Kraftfahrzeug
    101
    Erste Achse des Kraftfahrzeugs
    102
    Zweite Achse des Kraftfahrzeugs
    103
    Antrieb
    104
    Rad
    HA
    Hauptrotationsachse
    G
    Gehäuse
    K
    Differentialkorb
    PS
    Planetenradsatz
    ST1
    erstes Stirnradpaar
    ST2
    zweites Stirnradpaar
    ST3
    drittes Stirnradpaar
    ST4
    viertes Stirnradpaar
    STab
    fünftes Stirnradpaar
    DS1
    erste Doppelschalteinheit
    DS2
    zweite Doppelschalteinheit
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    E
    fünftes Schaltelement
    K0
    Trennkupplung
    H1
    erster verbrennungsmotorischer Gang
    H2
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang
    H3
    dritter verbrennungsmotorischer Gang
    E2
    erster elektromotorischer Gang
    EDA
    elektrodynamischer Anfahrmodus
    LiN
    Fahrmodus „Laden in Neutral“

Claims (13)

  1. Hybridgetriebevorrichtung (1) für einen Antrieb (103) eines Kraftfahrzeugs (100), aufweisend • zumindest eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (3), • zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung eines Rotors einer ersten Elektromaschine (5), • einen Planetenradsatz (PS), aufweisend die Radsatzelemente Sonnenrad (41), Hohlrad (42) und Planetenträger (43), wobei am Planetenträger (43) mehrere Planetenräder (44) drehbar gelagert sind, und wobei der Planetenradsatz (PS) achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (2) und zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist, • ein erstes Stirnradpaar (ST1), ein zweites Stirnradpaar (ST2), zumindest ein drittes Stirnradpaar (ST3) sowie zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C) und zumindest ein viertes Schaltelement (D) zum Verblocken des Planetenradsatzes (PS) und zum Schalten zumindest eines ersten elektromotorischen Gangs (E2), • eine Hauptabtriebswelle (10), die koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle (2) angeordnet ist und die achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) und zum Planetenradsatz (PS) angeordnet ist, wobei die Hauptabtriebswelle (10) zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle (9a) antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades (104) des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet ist, • ein viertes Stirnradpaar (ST4), das dazu eingerichtet ist, im Kraftfluss zwischen einem Verbrennungsmotor (3) und der ersten Getriebeeingangswelle (2) antriebswirksam angeordnet zu sein, wobei auf der Hauptabtriebswelle (10) wenigstens ein erstes Festrad (26), ein Losrad (24) sowie eine Losradanordnung (14), bestehend aus zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern (22, 28), angeordnet sind, wobei bei geschlossenem ersten Schaltelement (A) die erste Getriebeeingangswelle (2) über das erste Stirnradpaar (ST1) mit dem Planetenradsatz (PS) antriebswirksam verbunden ist, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement (B) die erste Getriebeeingangswelle (2) über das zweite Stirnradpaar (ST2) mit dem Planetenradsatz (PS) antriebswirksam verbunden ist, und wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement (C) die erste Getriebeeingangswelle (2) mit der Hauptabtriebswelle (10) antriebswirksam verbunden ist.
  2. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Differential (8), das koaxial zum Planetenradsatz (PS) angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle (9a, 9b) aufweist, wobei die Seitenwellen (9a, 9b) mit dem Differential (8) wirkverbunden sind und zur Anbindung eines jeweiligen Rades (104) des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet sind, wobei die Hauptabtriebswelle (10) über eine erste Übersetzungsstufe (6) mit dem Differential (8) wirkverbunden ist.
  3. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) mit einem ersten Radsatzelement des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbunden ist.
  4. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei bei geschlossenem vierten Schaltelement (D) die zweite Getriebeeingangswelle (4) mit zwei Radsatzelementen des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbunden ist.
  5. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 4, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) mit dem Sonnenrad (41) des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbunden ist und mittels des vierten Schaltelements (D) mit dem Hohlrad (42) des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbindbar ist.
  6. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 3 in Kombination mit Anspruch 4, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) mit dem Hohlrad (42) des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbunden ist und mittels des vierten Schaltelements (D) mit dem Sonnenrad (41) des Planetenradsatzes (PS) antriebswirksam verbindbar ist.
  7. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein fünftes Schaltelement (E) zum Schalten zumindest eines zweiten elektrischen Ganges aufweist.
  8. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwei der Schaltelemente (A, B, C, D, E) zu einem Doppelschalteinheit (DS1) zusammengefasst ausgebildet sind.
  9. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (2) zumindest über ein erstes Zugmittel (60) und/oder über mindestens ein erstes Zwischenrad mit der Hybridgetriebevorrichtung (1) wirkverbunden ist.
  10. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (4) zumindest über ein zweites Zugmittel und/oder über mindestens ein zweites Zwischenrad (40) mit der Hybridgetriebevorrichtung (1) wirkverbunden ist.
  11. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die zweite Seitenwelle (9b) des Differentials (8) axial durch die Hybridgetriebevorrichtung (1) erstreckt.
  12. Antrieb (103) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend eine an einer ersten Achse (101) des Kraftfahrzeugs (100) antriebswirksam angeordnete Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche sowie zumindest eine erste Elektromaschine (5) und ein Verbrennungsmotor (3) aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (3) achsparallel zur zumindest ersten Elektromaschine (5) angeordnet ist.
  13. Antrieb (103) nach Anspruch 12, ferner umfassend eine zweite Elektromaschine (7), die an einer zweiten Achse (102) des Kraftfahrzeugs (100) antriebswirksam angeordnet ist.
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