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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
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Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
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Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
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Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
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Aus der Druckschrift
US 2018 010 63 65 A1 ist ein Antriebssystem bekannt mit einem ersten Motorgenerator als Leistungsquelle und einem mehrstufigen Zahnradgetriebe zum Ändern der Ausgabegeschwindigkeit des ersten Motorgenerators und zum Übertragen der Ausgabe zu Antriebsrädern. Das mehrstufige Zahnradgetriebe weist mehrere Einrückkupplungen als Schaltelemente auf, die bei einer Bewegung aus einer ausgerückten Position kämmend eingerückt werden. Ferner ist eine Startsteuervorrichtung offenbart, die nach einem Einrücken einer Startkupplung, während das Fahrzeug angehalten ist, das Einrücken der Startkupplung für eine Dauer bis zum nächsten Fahrzeugstart aufrechterhält.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein verbessertes, kompaktes, dediziertes Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere ein Lastschalten der Gangstufen ermöglicht. Vorzugsweise sollen ein Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften hinsichtlich geringen Bauraums, hoher Variabilität und effizienter Herstellbarkeit für einen Serieneinsatz im Automobilbau eignen.
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Gelöst wird die obige Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine und einer Verbrennungsmaschine, mit:
- einer ersten Getriebeantriebswelle mit einer ersten Getriebeanbindung zum antriebswirksamen Verbinden des Hybridgetriebes mit der Verbrennungsmaschine und einer zweiten Getriebeanbindung zum antriebswirksamen Verbinden des Hybridgetriebes mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine;
- einer zweiten Getriebeantriebswelle mit einer dritten Getriebeanbindung zum antriebswirksamen Verbinden des Hybridgetriebes mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine;
- einer Vorgelegewelle;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen, die Elektrogangstufen für die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsgangstufen für die Verbrennungsmaschine umfassen;
- mehreren Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
- einem Verbindungsschaltelement zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle und der zweiten Getriebeantriebswelle mittels einer Verbindungs-Zahnradkette, die mehrere in einer Radsatzebene angeordnete Zahnräder umfasst.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbindbar ist;
- einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist; und
- einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
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Die obige Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:
- einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
- einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Durch eine erste Getriebeantriebswelle und eine zweite Getriebeantriebswelle, die Antriebsleistung zu einer Vorgelegewelle übertragen, kann ein hoher Wirkungsgrad im Hybridgetriebe erreicht werden. Durch die vorteilhafte Anbindung mittels einer ersten und zweiten Getriebeantriebswelle kann vorzugsweise auf Reibkupplungen verzichtet werden. Ein Abtrieb kann von der Vorgelegewelle auf ein Differential erfolgen. Durch das Verbindungsschaltelement zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle und der zweiten Getriebeantriebswelle können alle Gangstufen des Hybridgetriebes von allen Antriebsquellen bzw. Antriebsmaschinen genutzt werden, wenn das Verbindungsschaltelement geschlossen ist. Wenn das Verbindungsschaltelement offen ist, kann auf der ersten oder der zweiten Getriebeantriebswelle geschaltet werden, während die andere Getriebeantriebswelle zum Stützen bzw. Aufrechterhalten einer Zugkraft genutzt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind drei Gangstufen jeweils durch Schalten eines einzigen Schaltelements einlegbar. Hierdurch sind zumindest für drei Gangstufen die Schaltvorgänge im Hybridgetriebe vereinfacht. Insbesondere können hierdurch Gangstufen mit wenigen Zahneingriffen eingerichtet werden. Die Effizienz des Getriebes ist erhöht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erste Getriebeanbindung eine Verbrennungsmaschinenkupplung mit einem Schaltelement, um die Verbrennungsmaschine lösbar mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam zu verbinden. Hierdurch kann insbesondere beim rein elektrischen Fahren eine Effizienz des Getriebes erhöht werden, da die Verbrennungsmaschine nicht mitgeschleppt werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die zweite Getriebeanbindung und/oder die dritte Getriebeanbindung ein Anbindungszahnradpaar, um die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine antriebswirksam mit der ersten und/oder zweiten Getriebeantriebswelle zu verbinden. Durch Getriebeanbindungen, die ein Zahnradpaar umfassen, kann ein höchstvariables Hybridgetriebe geschaffen werden, da die einzelnen Antriebsmaschinen vorzugsweise unabhängig voneinander dem Hybridgetriebe Antriebsleistung zur Verfügung stellen können. Durch das Einrichten einer Getriebeanbindung mittels eines Zahnradpaares kann ein bevorzugtes Übersetzungsverhältnis für die erste und/oder zweite elektrische Antriebsmaschine beim Einbringen von Antriebsleistung in das Hybridgetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeanbindung an einem ersten axialen Ende des Hybridgetriebes angeordnet und die zweite Getriebeanbindung an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Hybridgetriebes angeordnet. Hierdurch kann die Kompaktheit des Getriebes verbessert werden. Insbesondere können vergleichsweise große elektrische Antriebsmaschinen Anwendung finden. Es kann ein hocheffizientes und dabei kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die dritte Getriebeanbindung radial beabstandet zur ersten Getriebeanbindung an dem ersten axialen Ende des Hybridgetriebes angeordnet. Hierdurch können drei unabhängige und voneinander beabstandete Getriebeanbindungen für die Antriebsmaschinen geschaffen werden. Die Variabilität des Hybridgetriebes wird weiter verbessert. Insbesondere kann der zur Verfügung stehende Bauraum verbessert für die Antriebsmaschinen genutzt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die niedrigste Gangstufe des Hybridgetriebes als reine Elektrogangstufe ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass rein elektrisch angefahren wird. Die Effizienz beim Anfahren ist erhöht, da kein Schlupf vorhanden sein muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Vorzugsweise erfolgt dabei eine Synchronisierung des Hybridgetriebes mittels der ersten und/oder zweiten elektrischen Antriebsmaschine. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von Zweigangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Die Ansteuerung des Hybridgetriebes ist vereinfacht. Zudem baut das Hybridgetriebe kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen kann das Hybridgetriebe mit weniger Verlust, also effizienter ausgeführt sein. Insbesondere führen formschlüssige Schaltelemente zu einem kosteneffizienteren Hybridgetriebe.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeantriebswelle, die zweite Getriebeantriebswelle und die Vorgelegewelle achsparallel zueinander angeordnet. Ergänzend ist die Vorgelegewelle in radialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Getriebeantriebswelle angeordnet. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Getriebewellen kann erreicht werden, dass die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle an zwei radial unterschiedlichen Seiten Antriebsleistung auf die Vorgelegewelle übertragen. Hierdurch kann insbesondere ein axial kurz bauendes Hybridgetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungszahnradkette wenigstens ein Hohlrad mit einer Außen- und Innenverzahnung auf. Ergänzend oder alternativ ist wenigstens ein an der Vorgelegewelle angeordnetes Losrad zum Bilden einer Gangstufe ausgebildet. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Die Verwendung eines Hohlrads mit einer Außen- und Innenverzahnung ermöglicht insbesondere ein variables Wählen eines Übersetzungsverhältnisses zwischen Hohlrad und dem mit der Innenverzahnung des Hohlrads kämmenden gangbildenden Zahnrad. Hierdurch wird die Variabilität und Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der zweiten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann das Hybridgetriebe effizient betrieben werden. Beispielsweise ist ein sogenanntes Standladen möglich. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Ferner kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder die Verbrennungsmaschine zumindest teilweise als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der zweiten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine zumindest teilweise als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Hierdurch wird ein komfortables Wechseln der Gangstufen ermöglicht. Ferner weist das Hybridgetriebe einen geringeren Verschleiß und eine höhere Ausfallstabilität auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine achsparallel und vorzugsweise radial beabstandet zu der ersten und/oder zweiten Getriebeantriebswelle angeordnet. Hierbei ist eine Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine an das Hybridgetriebe technisch einfach möglich. Ferner kann durch die vorteilhafte Anordnung der zur Verfügung stehende Bauraum genutzt werden, um entsprechend große elektrische Antriebsmaschinen zu verwenden. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang kann kompakt und leistungsstark ausgeführt werden.
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Bei einem elektrodynamischen Anfahrelement (EDA) ist insbesondere eine Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
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Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
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Eine Verbrennungsmaschine kann vorliegend insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
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Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein erstes Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung ein zweites Schaltelement zu schalten und das erste Schaltelement auszulegen.
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Unter Zuschalten einer Antriebsmaschine ist insbesondere ein Einlegen einer Gangstufe für die Antriebsmaschine zu verstehen, ohne zuvor eine Gangstufe für eine andere Antriebsmaschine zu ändern.
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Unter Zustarten einer Antriebsmaschine ist insbesondere ein Einlegen einer Gangstufe für die Antriebsmaschine zu verstehen, ohne zuvor die Gangstufe zu ändern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrang;
- 2 eine schematische Darstellung einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 3 eine schematische Übersicht von Parametern einer Ausführungsform gemäß der 2;
- 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 5 eine schematische Übersicht von Parametern bezüglich der Ausführungsform gemäß der 4;
- 6 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 7 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
- 8 eine fünfte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14, eine zweite elektrische Antriebsmaschine 16 und eine Verbrennungsmaschine 18 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 20 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 16 und der Verbrennungsmaschine 18 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 16 dient.
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In 2 ist eine erste Variante eines Hybridgetriebes 20 gezeigt. Das Hybridgetriebe 20 weist eine erste Getriebeantriebswelle 24 und eine zweite Getriebeantriebswelle 26 auf. Die erste Getriebeantriebswelle 24 und die zweite Getriebeantriebswelle 26 sind achsparallel zueinander angeordnet, wobei radial zwischen der ersten Getriebeantriebswelle 24 und der zweiten Getriebeantriebswelle 26 eine Vorgelegewelle 28 angeordnet ist.
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Die Verbrennungsmaschine 18 ist mittels einer Verbrennungsmaschinenkupplung 30 mit einem Schaltelement mit der ersten Getriebeantriebswelle 24 antriebswirksam verbindbar. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist mittels eines kämmenden Zahnradpaares antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 24 verbunden. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 16 ist mittels eines weiteren kämmenden Zahnradpaares mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26 antriebswirksam verbunden.
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Die Verbrennungsmaschine 18 ist dabei an einer ersten Getriebeanbindung, die sich an einem ersten axialen Ende des Hybridgetriebes 20 befindet, mit dem Hybridgetriebe 20 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist an einer zweiten Getriebeanbindung, die an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Hybridgetriebes 20 angeordnet ist, mit dem Hybridgetriebe 20 verbunden. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 16 ist an einer dritten Getriebeanbindung, die radial beabstandet zur ersten Getriebeanbindung an dem ersten axialen Ende des Hybridgetriebes 20 angeordnet ist, mit dem Hybridgetriebe 20 verbunden.
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Die erste Getriebeantriebswelle 24 und die zweite Getriebeantriebswelle 26 sind mittels einer Zahnradkette 32 miteinander verbindbar, wobei eine antriebswirksame Verbindung durch ein Losrad 34, das mittels eines Verbindungsschaltelements 36 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26 verbunden werden kann, einrichtbar ist. Zum Bilden der ersten Gangstufe ist ein erstes Losrad 38 an der zweiten Getriebeantriebswelle 26 vorgesehen, das mittels eines Doppelschaltelements 40 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26 verbindbar ist. Das Losrad 38 ist in Eingriff mit einem Festrad 42 an der Vorgelegewelle 28. Das Festrad 42 ist zudem in Eingriff mit einem Losrad 44 an der ersten Getriebeantriebswelle 24. Das Losrad 44 ist mittels eines Doppelschaltelements 46 in einer ersten Schaltstellung antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 24 verbindbar. Das Doppelschaltelement 46 verbindet in einer weiteren Schaltstellung ein Losrad 48 mit der ersten Getriebeantriebswelle 24. Das Losrad 48 ist in Eingriff mit einem Festrad 50 an der Vorgelegewelle 28. Das Festrad 50 ist zudem in Eingriff mit einem Losrad 52 an der zweiten Getriebeantriebswelle 26, wobei das Losrad 52 durch Schalten des Doppelschaltelements 40 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26 verbindbar ist.
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Mittels des Verbindungsschaltelements 36 können folglich die erste Getriebeantriebswelle 24 und die zweite Getriebeantriebswelle 26 antriebswirksam verbunden werden. Ist das Verbindungsschaltelement 36 geschlossen, können alle Gangstufen des Hybridgetriebes 20 von jeder der Antriebsmaschinen 14, 16, 18 genutzt werden. Ist das Verbindungsschaltelement 36 geöffnet, können die Gangstufen, die mit den Zahnrädern auf der zweiten Getriebeantriebswelle 26 eingelegt werden, unabhängig von den Gangstufen eingelegt werden, die durch die Zahnräder auf der ersten Getriebeantriebswelle 24 eingerichtet werden und umgekehrt. Es kann also ein wechselseitiges Schalten und Stützen mittels der ersten Getriebeantriebswelle 24 bzw. der zweiten Getriebeantriebswelle 26 erfolgen.
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Die Zahnräder zum Bilden der ersten Elektrogangstufe E1 und der zweiten Elektrogangstufe E2 sind auf der zweiten Getriebeantriebswelle 26 angeordnet, wobei das Losrad 38 zum Einrichten der ersten Elektrogangstufe 1 E und das Losrad 52 zum Einrichten der zweiten Elektrogangstufe 2E ausgebildet ist. Das Losrad 38 ist ferner zum Einrichten der zweiten Verbrennungsgangstufe ausgebildet. Das Losrad 52 ist zudem zum Einrichten der vierten Verbrennungsgangstufe ausgebildet.
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An der ersten Getriebeantriebswelle 24 ist das Losrad 44 zum Einrichten der dritten Verbrennungsgangstufe ausgebildet und das Losrad 48 zum Einrichten der fünften Verbrennungsgangstufe. Eine erste Verbrennungsgangstufe ist vorliegend nicht vorgesehen, sodass vorzugsweise mit der ersten Elektrogangstufe 1 E angefahren wird.
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Durch die vorteilhafte Anordnung der ersten und zweiten elektrischen Antriebsmaschine 14, 16 ist es insbesondere möglich, bei geöffnetem Verbindungsschaltelement 36 und geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung 30 einen seriellen Fahrmodus einzurichten, bei dem die Verbrennungsmaschine 18 die erste elektrische Antriebsmaschine 14 generatorisch betreibt, wobei die so erzeugte Energie der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 16 zur Verfügung gestellt wird. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 16 kann folglich in der ersten Elektrogangstufe 1E oder in der zweiten Elektrogangstufe 2E fahren.
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Zum besseren Verständnis sind alle Zahnräder des Hybridgetriebes 20 zusätzlich mit Rad1 bis Rad9 durchnummeriert, um in der folgenden Übersicht eine Zuordnung der Parameter zu den einzelnen Zahnrädern zu erleichtern.
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In 3 ist schematisch eine Übersicht über die einzelnen Bauteile bzw. Betriebsparameter des Hybridgetriebes 20 gemäß der 2 in Form einer Tabelle 54 gezeigt. Es versteht sich, dass die in der Tabelle 54 gezeigten Werte nur beispielhaft zum besseren Verständnis der Erfindung angegeben sind. Ein Fachmann erkennt, dass andere Werte ebenfalls Verwendung finden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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In der ersten und zweiten Spalte im oberen Teil der Tabelle 54 sind die Elektrogangstufen E1, E2 bzw. die Gangstufen des Hybridgetriebes 20 gezeigt. In der dritten Spalte sind die gesamtresultierenden Übersetzungen für die Verbrennungsmaschine 18 gezeigt. In der vierten Spalte ist das Verhältnis der Übersetzungen für die Verbrennungsmaschine 18, der sogenannte Gangsprung φ (phi), gezeigt.
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Im mittleren Teil der Tabelle sind die Zahnraddurchmesser der einzelnen Zahnräder gezeigt. Im unteren Teil der Tabelle sind die Achsabstände der ersten Getriebeantriebswelle 24 bzw. der zweiten Getriebeantriebswelle 26 zur Vorgelegewelle 28 gezeigt. Zudem ist in der unteren Zeile ein Gesamtübersetzungsverhältnis für die zweite elektrische Antriebsmaschine 16 gezeigt. Dieses beträgt 2,88. Der Achsabstand der ersten Getriebeantriebswelle 24 zur Vorgelegewelle 28 beträgt 100 mm. Der Achsabstand der zweiten Getriebeantriebswelle 26 zur Vorgelegewelle 28 beträgt 75 mm.
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In der letzten Zeile ist das Verhältnis der Gangstufen E1 und E2 für die zweite elektrische Antriebsmaschine 16, der sogenannte Gangsprung φe (phi_e), gezeigt. Dieser beträgt 2,88.
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In 4 ist eine zweite Variante eines Hybridgetriebes 20 gezeigt. Im Folgenden wird auf die Unterschiede zu der ersten Variante gemäß 2 eingegangen. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden daher nicht erneut erläutert.
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Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante weist das Hybridgetriebe 20 gemäß der 4 sechs Gangstufen auf. Hierbei wurde das Festrad 42 in zwei Festräder 42a, 42b aufgeteilt, wobei das Festrad 42a mit dem Losrad 38 kämmt und das Festrad 42b mit dem Losrad 44 kämmt.
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Zudem wurde das Festrad 50 in zwei Festräder 50a und 50b aufgeteilt, wobei das Festrad 50a mit dem Losrad 52 kämmt und das Festrad 50b mit dem Losrad 48 kämmt. Das Losrad 48 ist in der gezeigten Ausführungsform zum Einrichten der sechsten Gangstufe ausgebildet. Um eine weitere Gangstufe einrichten zu können, wurde in der Zahnradkette 32 ein Losrad vorgesehen, das an der Vorgelegewelle 28 angeordnet ist und mittels eines weiteren Schaltelements 56 drehfest mit der Vorgelegewelle 28 verbindbar ist.
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Zum besseren Verständnis sind alle Zahnräder des Hybridetriebes 20 mit Rad1 bis Rad11 durchnummeriert, um in der folgenden Übersicht eine Zuordnung der Parameter zu den einzelnen Zahnrädern zu erleichtern.
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In 5 sind beispielhaft in einer Tabelle 54 mögliche Bauteilparameter und Übersetzungsverhältnisse sowie Abstände analog zu der in 3 gezeigten Tabelle 54 aufgeführt.
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In 6 ist eine dritte Variante eines Hybridgetriebes 20 gezeigt. Das Hybridgetriebe 20 gemäß der 6 weist sechs Gangstufen auf, wobei die Anordnung der Zahnräder und Schaltelemente bezüglich der Gangstufen 1 E, 2E, 2, 3, 4, 5 analog zu der in 2 gezeigten Variante ist. Ferner wird in der Variante gemäß der 6 eine sechste Gangstufe durch Einlegen des Schaltelements 56 eingerichtet, wobei die sechste Gangstufe durch ein Losrad gebildet ist, das der Zahnradkette 32 zugehörig ist und an der Vorgelegewelle 28 angeordnet ist. Ferner ist der Zahnradkette 32 ein Hohlrad 58 mit einer Außenverzahnung und einer Innenverzahnung zugeordnet. Das Hohlrad 58 ermöglicht es, das Losrad der sechsten Gangstufe zumindest in einem inneren Bereich des Hohlrads 58 im Durchmesser frei zu wählen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Übersetzung für die sechste Gangstufe eingerichtet werden. Das Losrad der sechsten Gangstufe kämmt dabei mit einer Innenverzahnung des Hohlrads 58, wobei die Außenverzahnung des Hohlrads 58 zur Übertragung von Antriebsleistung mittels der Zahnradkette 32 dient.
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In 7 ist eine vierte Variante eines Hybridgetriebes 20 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Variante ist nur ein Festrad 50 an der Vorgelegewelle 28 vorgesehen, wobei das Festrad 50 einerseits mit dem Losrad 48 an der ersten Getriebeantriebswelle 24 kämmt, um die sechste Gangstufe zu bilden, und andererseits mit dem Losrad 52 an der zweiten Getriebeantriebswelle 26 kämmt, um die vierte Gangstufe bzw. die Elektrogangstufe 2E zu bilden.
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In der 8 ist eine fünfte Variante eines Hybridgetriebes 20 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Variante weist die Variante gemäß der 8 eine sogenannte Crawler-Stufe auf, bei der eine sehr hohe Untersetzung der Antriebsleistung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 16 stattfindet.
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Dies wird dadurch erreicht, dass ein weiteres Losrad 60 vorgesehen ist, das an der zweiten Getriebeantriebswelle 26 angeordnet ist und mit dem Festrad 42b der Vorgelegewelle 28 kämmt. Insoweit schaltet das Doppelschaltelement 40 einerseits das Losrad 52, also die vierte Gangstufe bzw. die Elektrogangstufe 2E durch drehfestes Verbinden des Losrads 52 mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26. Andererseits schaltet ein Schaltelement des Doppelschaltelements 40 die Crawler-Gangstufe durch drehfestes Verbinden des Losrads 60 mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26. Zur Einrichtung der Elektrogangstufe 1 E und der zweiten Gangstufe E2 ist ein weiteres Schaltelement 62 vorgesehen, das vorzugsweise als Einfachschaltelement ausgebildet ist und das Losrad 38 drehfest mit der zweiten Getriebeantriebswelle 26 verbinden kann.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- erste elektrische Antriebsmaschine
- 16
- zweite elektrische Antriebsmaschine
- 18
- Verbrennungsmaschine
- 20
- Hybridgetriebe
- 22
- Energiespeicher
- 24
- erste Getriebeantriebswelle
- 26
- zweite Getriebeantriebswelle
- 28
- Vorgelegewelle
- 30
- Verbrennungsmaschinenkupplung
- 32
- Zahnradkette
- 34
- Losrad
- 36
- Verbindungsschaltelement
- 38
- Losrad
- 40
- Doppelschaltelement
- 42
- Festrad
- 44
- Losrad
- 46
- Doppelschaltelement
- 48
- Losrad
- 50
- Festrad
- 52
- Losrad
- 54
- Tabelle
- 56
- Schaltelement
- 58
- Hohlrad
- 60
- Losrad
- 62
- Schaltelement
- E1
- erste Elektrogangstufe
- E2
- zweite Elektrogangstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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