DE102022203696A1

DE102022203696A1 - Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022203696A1
Application number: DE102022203696.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Fabian Kutter; Michael Wechs; Thomas Martin; Johannes Kaltenbach; Matthias Horn; Max Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-12
Filing date: 2022-04-12
Publication date: 2023-10-12
Also published as: CN116901687A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs (100), aufweisend eine erste Getriebeeingangswelle (W1) zur Anbindung eines Verbrennungsmotors (VM), eine zweite Getriebeeingangswelle (W2) zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine (EM1), eine dritte Getriebeeingangswelle (W3) zur Anbindung einer zweiten elektrischen Maschine (EM2), ein Differential (2) mit einer Differentialeingangswelle (3) und zwei Differentialausgangswellen (4, 5), eine Getriebeausgangswelle (W4), die zumindest mittelbar mit der Differentialeingangswelle (3) und der zweiten Getriebeeingangswelle (W2) verbunden ist, ein einziges Schaltelement (A) zur Abkopplung der ersten und dritten Getriebeeingangswelle (W1, W3) von der Getriebeausgangswelle (W4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (W1) und die dritte Getriebeeingangswelle (W3) zumindest mittelbar verbunden sind, wobei die Getriebeausgangswelle (W4) mittels des Schaltelements (A) über eine erste Stirnradstufe (ST1), bestehend aus einem Festrad (F1) und einem Losrad (L1), mit der ersten und dritten Getriebeeingangswelle (W3) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs und einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, zwei elektrischen Maschinen und einem solchen Getriebe. Mithin ist das Getriebe als Hybridgetriebe ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Antriebsstrang.
Beispielsweise geht aus der DE 11 2018 007 598 T5 ein Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug hervor. Das Hybridgetriebe umfasst eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle. Die Getriebeeingangswelle ist über eine Kupplung mit einer Brennkraftmaschine verbunden. Die erste elektrische Maschine überträgt das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle und die zweite elektrische Maschine überträgt das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle. Auf der Getriebeeingangswelle sind ein erstes Zahnrad, ein drittes Zahnrad und ein fünftes Zahnrad lose angeordnet sowie ein erster Synchronisierer. Das dritte Zahnrad ist mit dem fünften Zahnrad drehfest verbunden und der erste Synchronisierer kann die Getriebeeingangswelle wahlweise mit dem ersten Zahnrad oder dem fünften Zahnrad drehfest verbinden. Ferner sind auf der Getriebeausgangswelle ein zweites Zahnrad drehfest angeordnet und ein viertes Zahnrad und ein sechstes Zahnrad lose angeordnet und ein zweiter Synchronisierer angeordnet. Der zweite Synchronisierer kann die Getriebeausgangswelle wahlweise mit dem vierten Zahnrad oder dem sechsten Zahnrad drehfest verbinden, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad ineinandergreifen, das dritte Zahnrad und das vierte Zahnrad ineinandergreifen, das fünfte Zahnrad und das sechste Zahnrad ineinandergreifen und die zweite elektrische Maschine mit dem vierten Zahnrad drehfest verbunden ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Getriebe für ein Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll das Getriebe kompaktbauend und effizient ausgebildet sein. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Getriebe für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst eine erste Getriebeeingangswelle zur Anbindung eines Verbrennungsmotors, eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine, eine dritte Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer zweiten elektrischen Maschine, ein Differential mit einer Differentialeingangswelle und zwei Differentialausgangswellen, eine Getriebeausgangswelle, die zumindest mittelbar mit der Differentialeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist, ein einziges Schaltelement zur Abkopplung der ersten und dritten Getriebeeingangswelle von der Getriebeausgangswelle, wobei die erste Getriebeeingangswelle und die dritte Getriebeeingangswelle zumindest mittelbar verbunden sind, wobei die Getriebeausgangswelle mittels des Schaltelements über eine erste Stirnradstufe, bestehend aus einem Festrad und einem Losrad, mit der ersten und dritten Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
Mithin ist das Getriebe als Hybridgetriebe ausgebildet und zur Anbindung eines Verbrennungsmotors und zwei elektrischen Maschinen an dem Differential, das die darüber eingespeiste Antriebsleistung an zwei Antriebsräder einer Antriebsachse verteilt, vorgesehen. Der Verbrennungsmotor kann koaxial oder achsparallel an der ersten Getriebeeingangswelle angebunden sein. Die erste elektrische Maschine kann koaxial oder achsparallel an der zweiten Getriebeeingangswelle angebunden sein. Die zweite elektrische Maschine kann koaxial oder achsparallel an der dritten Getriebeeingangswelle angebunden sein.
Das Getriebe ist besonders einfach und effizient aufgebaut, wobei nur ein einziges Schaltelement und kein Planetenradsatz vorgesehen sind. Die Getriebeausgangswelle ist zumindest mittelbar mit der ersten Getriebeeingangswelle und dem Verbrennungsmotor sowie der dritten Getriebeeingangswelle und der zweiten elektrischen Maschine verbindbar, somit auch davon abkoppelbar, und zwar über das Schaltelement. Ferner ist die Getriebeausgangswelle zumindest mittelbar mit der zweiten Getriebeeingangswelle und der ersten elektrischen Maschine sowie dem Differentialeingang verbunden, also davon nicht abkoppelbar.
Unter einer „zumindest mittelbaren Verbindung“ ist zu verstehen, dass zwei Wellen entweder unmittelbar, also direkt, oder über weitere Wellen und/oder Zahnräder miteinander verbunden sind. Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung des Schaltelements hergestellt werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Insbesondere können zwei drehfest miteinander verbundene Wellen einteilig ausgebildet sein.
Unter einem „Schaltelement“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest in einer geschlossenen Schaltstellung zwei Wellen oder Zahnräder miteinander drehfest verbindet und in einer geöffneten Schaltstellung die Wellen oder Zahnräder voneinander entkoppelt, sodass diese relativ zueinander rotieren können. Bevorzugt ist das Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgebildet. Alternativ kann das Schaltelement als reibschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Lamellenreibkupplung, ausgebildet sein. Ein formschlüssiges Schaltelement ist gegenüber einem reibschlüssigen Schaltelement kompakter und effizienter ausgebildet. Das Schaltelement wird vorzugsweise von einem Aktuator betätigt. Mittels des Schaltelements ist das Losrad der ersten Stirnradstufe schaltbar. Das Losrad und das Festrad der ersten Stirnradstufe stehen im Zahneingriff miteinander.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Festrad der ersten Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden, wobei das Losrad der ersten Stirnradstufe drehbar an der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, wobei das Schaltelement in einem geschlossenen Zustand das Losrad der ersten Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbindet. Insbesondere ist das Schaltelement koaxial zum Losrad und somit zu der Getriebeausgangswelle angeordnet. Die erste Stirnradstufe realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse der ersten Getriebeeingangswelle und einer Rotationsachse der Getriebeausgangswelle. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die erste Getriebeeingangswelle in tangentialer Richtung frei um die Getriebeausgangswelle positionierbar ist.
Die Getriebeausgangswelle ist in einem geöffneten Zustand des Schaltelements von der ersten Getriebeeingangswelle und der damit zumindest mittelbar verbundenen dritten Getriebeeingangswelle entkoppelt, sodass Antriebsleistung nur über die erste elektrische Maschine in das Differential eingespeist werden kann, wodurch ein elektrischer Fahrbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht wird. Wenn das Schaltelement geschlossen ist, sind alle drei Getriebeeingangswellen mit der Getriebeausgangswelle verbunden, wodurch ein hybridischer Fahrbetrieb des Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und den beiden elektrischen Maschinen ermöglicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Festrad der ersten Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden, wobei das Losrad der ersten Stirnradstufe drehbar an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei das Schaltelement in einem geschlossenen Zustand das Losrad der ersten Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbindet. Insbesondere ist das Schaltelement koaxial zum Losrad und somit zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Dämpfungseinrichtung an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein. Insbesondere ist der Verbrennungsmotor über die Dämpfungseinrichtung mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeausgangswelle über eine zweite Stirnradstufe, bestehend aus einem ersten Festrad und einem zweiten Festrad, mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden, wobei das erste Festrad der zweiten Stirnradstufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad der zweiten Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist. Das erste und zweite Festrad der zweiten Stirnradstufe stehen im Zahneingriff miteinander. Die zweite Stirnradstufe realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse der zweiten Getriebeeingangswelle und einer Rotationsachse der Getriebeausgangswelle. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle in tangentialer Richtung frei um die Getriebeausgangswelle positionierbar ist. Alternativ kann ein Zugmitteltrieb zur Anbindung der Getriebeausgangswelle an die zweite Getriebeeingangswelle vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Getriebeausgangswelle über eine dritte Stirnradstufe, bestehend aus einem ersten Festrad und einem zweiten Festrad, mit dem Differential verbunden, wobei das erste Festrad der dritten Stirnradstufe mit der Differentialeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad der dritten Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden ist. Insbesondere ist die Differentialeingangswelle als Differentialkorb ausgebildet, wobei das erste Festrad der dritten Stirnradstufe als Verzahnung am Differentialkorb ausgebildet ist. Das erste und zweite Festrad der dritten Stirnradstufe stehen im Zahneingriff miteinander. Die dritte Stirnradstufe realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse des Differentials und einer Rotationsachse der Getriebeausgangswelle. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der dritten Stirnradstufe angepasst werden, wobei das Differential in tangentialer Richtung frei um die Getriebeausgangswelle positionierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden. Insbesondere ist die zweite elektrische Maschine koaxial zu der ersten und dritten Getriebeeingangswelle angeordnet. Vorzugsweise sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle einteilig ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle achsparallel zueinander angeordnet, wobei die erste und dritte Getriebeeingangswelle über eine vierte Stirnradstufe, bestehend aus einem ersten Festrad, einem zweiten Festrad und einem dazwischen angeordneten Zwischenrad, verbunden sind, wobei das erste Festrad der vierten Stirnradstufe mit der dritten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad der vierten Stirnradstufe mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist. Das erste und zweite Festrad der vierten Stirnradstufe stehen im Zahneingriff mit dem Zwischenrad der vierten Stirnradstufe. Die vierte Stirnradstufe realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse der ersten Getriebeeingangswelle und einer Rotationsachse der dritten Getriebeeingangswelle. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der vierten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die dritte Getriebeeingangswelle in tangentialer Richtung frei um die erste Getriebeeingangswelle positionierbar ist. Beispielsweise sind das zweite Festrad der vierten Stirnradstufe und das Festrad der ersten Stirnradstufe ein Bauteil. Mit anderen Worten teilen sich die erste Stirnradstufe und die vierte Stirnradstufe ein einziges gemeinsames Festrad, das drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle achsparallel zueinander angeordnet, wobei die dritte Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle über eine vierte Stirnradstufe, bestehend aus einem Festrad und einem Losrad, verbunden sind, wobei das Festrad der vierten Stirnradstufe mit der dritten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei das Losrad der vierten Stirnradstufe an der Getriebeausgangswelle drehbar gelagert und mittels des Schaltelements drehfest mit der Getriebeausgangswelle verbindbar ist. Das Festrad und das Losrad der vierten Stirnradstufe stehen im Zahneingriff miteinander. Die vierte Stirnradstufe realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse der Getriebeausgangswelle und einer Rotationsachse der dritten Getriebeeingangswelle. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der vierten Stirnradstufe angepasst werden, wobei die dritte Getriebeeingangswelle in tangentialer Richtung frei um die Getriebeausgangswelle positionierbar ist. Beispielsweise sind das Losrad der vierten Stirnradstufe und das Losrad der ersten Stirnradstufe ein Bauteil. Mit anderen Worten teilen sich die erste Stirnradstufe und die vierte Stirnradstufe ein einziges gemeinsames Losrad, das drehbar an der Getriebeausgangswelle angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zum Differential angeordnet, wobei sich eine der beiden Differentialausgangswellen axial durch die zweite Getriebeeingangswelle erstreckt. Vorzugsweise grenzt die erste elektrische Maschine entweder unmittelbar am Differential an oder die zweite Stirnradstufe ist axial zwischen dem Differential und der ersten elektrischen Maschine angeordnet. Dadurch wird das Getriebe kompakter ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit einer jeweiligen Seitenwelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Die in das Differentialgetriebe eingespeiste Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment, wird auf die Seitenwellen verteilt und auf die Antriebsräder der Achse übertragen. Die Seitenwellen sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Seitenwelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Antriebsrad verbunden sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Getriebeeingangswelle auf einer ersten Rotationsachse angeordnet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle auf einer zweiten Rotationsachse angeordnet ist, wobei die Getriebeausgangswelle auf einer dritten Rotationsachse angeordnet ist, wobei die drei Rotationsachse achsparallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt ist der Verbrennungsmotor auf der ersten Rotationsachse angeordnet, wobei die erste elektrische Maschine und das Differential auf der zweiten Rotationsachse angeordnet sind.
Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor, eine erste elektrische Maschine, zumindest eine zweite elektrische Maschine und ein erfindungsgemäßes Getriebe, wobei der Verbrennungsmotor und die erste elektrische Maschine achsparallel zueinander angeordnet sind. Bevorzugt weist der Antriebsstrang eine dritte elektrische Maschine zum Antrieb einer weiteren Antriebsachse des Fahrzeugs auf. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang, also einen Antriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebe auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang und für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der ein erfindungsgemäßes Getriebe nach einer ersten Ausführungsform umfasst;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht des Antriebsstrangs mit dem erfindungsgemäßen Getriebe nach 1;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer zweiten Ausführungsform;
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer dritten Ausführungsform;
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer vierten Ausführungsform; und
6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe nach einer fünften Ausführungsform.

1 zeigt das Fahrzeug 100 mit einer ersten Antriebsachse 101 mit zwei Rädern R1, R2 und einer zweiten Antriebsachse 102 mit zwei Rädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Antriebsachse 101 als Frontachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet und mit einem als Hybridgetriebe ausgebildeten Getriebe ausgestattet, das einen Verbrennungsmotor VM, eine erste elektrische Maschine EM1 und eine zweite elektrische Maschine EM2 mit den Rädern R1, R2 der ersten Antriebsachse 101 antriebswirksam verbindet. Dazu weist das Getriebe ein Differential 2 und ein einziges Schaltelement A auf. Der Verbrennungsmotor VM und die zweite elektrische Maschine EM2 sind koaxial zueinander ausgebildet. Ferner sind das Differential 2 und die erste elektrische Maschine EM1 koaxial zueinander sowie achsparallel zum Verbrennungsmotor VM und der zweiten elektrischen Maschine EM2 ausgebildet. An der zweiten Antriebsachse 102, also der Heckachse des Fahrzeugs 100, ist eine dritte elektrische Maschine EM3 zum elektromotorischen Antrieb der Heckachse angeordnet. Durch die dritte elektrische Maschine EM3 an der zweiten Antriebsachse 102 wird ein Allrad-Antriebssystem realisiert. Insbesondere ist die dritte elektrische Maschine EM3 über ein - nicht näher dargestelltes - Differenzial an der zweiten Antriebsachse 102 mit den Rädern R3, R4 der zweiten Antriebsachse 102 antriebswirksam verbunden. Alternativ kann der Antrieb an der zweiten Antriebsachse 102 des Fahrzeugs 100 entfallen, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Vorliegend bildet der Verbrennungsmotor VM zusammen mit den drei elektrischen Maschinen EM1, EM2, EM3 und dem Getriebe den Antriebsstrang 1 des Fahrzeugs 100. Das Getriebe ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet.
2 zeigt schematisch den Antriebsstrang 1 gemäß 1, wobei vorliegend die erste Antriebsachse nur teilweise dargestellt ist, wobei zweite Antriebsachse mit der dritten elektrischen Maschine überhaupt nicht dargestellt ist. Der Fokus liegt im Aufbau des Getriebes und der Anbindung der ersten und zweiten elektrischen Maschine EM1, EM2 und des Verbrennungsmotors VM.
Das Getriebe umfasst eine erste Getriebeeingangswelle W1 zur Anbindung des Verbrennungsmotors VM, wobei an der ersten Getriebeeingangswelle W1 eine als Torsionsdämpfer ausgebildete Dämpfungseinrichtung 6 angeordnet ist. Vorliegend ist eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM drehfest mit einem Eingang der Dämpfungseinrichtung 6 verbunden, wobei die erste Getriebeeingangswelle W1 mit einem Ausgang der Dämpfungseinrichtung 6 drehfest verbunden ist. Über die erste Getriebeeingangswelle W1 wird eine Antriebsleistung des Verbrennungsmotors VM in das Getriebe eingeleitet.
Ferner umfasst das Getriebe eine zweite Getriebeeingangswelle W2 zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine EM1, eine dritte Getriebeeingangswelle W3 zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine EM2, eine Getriebeausgangswelle W4, die mittelbar mit einer Differentialeingangswelle 3 des Differentials 2 und der zweiten Getriebeeingangswelle W2 verbunden ist, und das Schaltelement A, mittels dem die Getriebeausgangswelle W4 mittelbar mit der ersten und dritten Getriebeeingangswelle W1, W3 verbindbar ist. Das Differential 2 weist ferner zwei Differentialausgangswellen 4, 5 zur Anbindung des jeweiligen Rads der ersten Antriebsachse auf.
Die erste Getriebeeingangswelle W1 und die dritte Getriebeeingangswelle W3 sind koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle W2 ist als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zum Differential 2 angeordnet, wobei sich die zweite Differentialausgangswelle 5 axial durch die zweite Getriebeeingangswelle W2 erstreckt. Die erste und die dritte Getriebeeingangswelle W1, W3 sind zusammen mit dem Verbrennungsmotor VM und der zweiten elektrischen Maschine auf einer ersten Rotationsachse A1 angeordnet. Die zweite Getriebeeingangswelle W2 mit der ersten elektrischen Maschine EM1 und das Differential 2 sind auf einer zweiten Rotationsachse A2 angeordnet. Die Getriebeausgangswelle W4 und das Schaltelement A sind auf einer dritten Rotationsachse A3 angeordnet. Die drei Rotationsachse A1, A2, A3 sind achsparallel zueinander angeordnet und weisen somit einen radialen Achsabstand auf.
Die Getriebeausgangswelle W4 ist über eine erste Stirnradstufe ST1, bestehend aus einem Festrad F1 und einem Losrad L1, mit der ersten und dritten Getriebeeingangswelle W1, W3 verbindbar. Das Festrad F1 der ersten Stirnradstufe ST1 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle W1 drehfest verbunden, wobei das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 drehbar an der Getriebeausgangswelle W4 angeordnet ist. Das Festrad F1 der ersten Stirnradstufe ST1 und das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 sind im Zahneingriff. Das Schaltelement A ist koaxial zur Getriebeausgangswelle W4 angeordnet und verbindet in einem geschlossenen Zustand das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 drehfest mit der Getriebeausgangswelle W4. Ferner entkoppelt das Schaltelement A in einem geöffneten Zustand das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 von der Getriebeausgangswelle W4, sodass die Getriebeausgangswelle W4 und die erste und dritte Getriebeeingangswelle W1, W3 entkoppelt sind und unabhängig voneinander rotieren können. Das Schaltelement A ist bevorzugt als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, kann aber alternativ auch als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ein formschlüssiges Schaltelement ist gegenüber einem reibschlüssigen Schaltelement kompaktbauender und effizienter.
Die Getriebeausgangswelle W4 ist über eine zweite Stirnradstufe ST2, bestehend aus einem ersten Festrad F21 und einem zweiten Festrad F22 mit der zweiten Getriebeeingangswelle W2 verbunden. Das erste Festrad F21 der zweiten Stirnradstufe ST2 ist mit der zweiten Getriebeeingangswelle W2 drehfest verbunden. Das zweite Festrad F22 der zweiten Stirnradstufe ST2 ist mit der Getriebeausgangswelle W4 drehfest verbunden. Das erste Festrad F21 der zweiten Stirnradstufe ST2 und das zweite Festrad F22 der zweiten Stirnradstufe ST2 sind im Zahneingriff.
Ferner ist die Getriebeausgangswelle W4 über eine dritte Stirnradstufe ST3, bestehend aus einem ersten Festrad F31 und einem zweiten Festrad F32 mit dem Differential 2 verbunden. Das erste Festrad F31 der dritten Stirnradstufe ST3 ist mit der Differentialeingangswelle 3 drehfest verbunden, wobei das zweite Festrad F32 der dritten Stirnradstufe ST3 mit der Getriebeausgangswelle W4 drehfest verbunden ist. Das erste Festrad F31 der dritten Stirnradstufe ST3 und das zweite Festrad F32 der dritten Stirnradstufe ST3 sind im Zahneingriff.
Ein hybrider Fahrantrieb wird im geschlossenen Zustand des Schaltelements A realisiert, wobei der Verbrennungsmotor und beide elektrische Maschinen EM1, EM2 mit dem Differential 2 verbunden sind. Wenn das Schaltelement A geöffnet ist, werden zwei Fahrmodi realisiert, nämlich das rein elektrische Fahren und das serielle Fahren. Während des rein elektrischen Fahrens erfolgt der Antrieb des Differentials 2 nur über die erste elektrische Maschine EM1, wobei der Verbrennungsmotor VM und die zweite elektrische Maschine EM2 nicht am Antrieb teilnehmen und insbesondere stillstehen. Während des seriellen Fahrens treibt der Verbrennungsmotor VM die zweite elektrische Maschine EM2 an, wobei die zweite elektrische Maschine EM2 im Generatorbetrieb elektrische Energie für den Motorischen Betrieb der ersten elektrischen Maschine EM1 erzeugt, wobei diese das Differential 2 antreibt. Mithin ist das serielle Fahren ein batterieneutraler Fahrmodus.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Antriebsstrangs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Getriebe gemäß 3 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der zweiten elektrischen Maschine EM2 besteht. Vorliegend sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle W1, W3 nicht koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden, sondern achsparallel zueinander angeordnet und über eine vierte Stirnradstufe ST4, bestehend aus einem ersten Festrad F41, einem zweiten Festrad F42 und einem dazwischen angeordneten Zwischenrad Z, verbunden. Mithin sind auch die zweite elektrische Maschine EM2 und der Verbrennungsmotor VM achsparallel zueinander angeordnet. Das erste Festrad F41 der vierten Stirnradstufe ST4 ist mit der dritten Getriebeeingangswelle W3 drehfest verbunden, wobei das zweite Festrad F42 der vierten Stirnradstufe ST2 mit der ersten Getriebeeingangswelle W1 drehfest verbunden ist. Das Zwischenrad Z ist drehbar gelagert und im Zahneingriff mit den beiden Festrädern F41, F42 der vierten Stirnradstufe ST4. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Getriebe gemäß 4 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe gemäß 3, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung des Schaltelements A und Ausbildung der ersten Stirnradstufe ST1 besteht. Vorliegend ist das Festrad F1 der ersten Stirnradstufe ST1 mit der Getriebeausgangswelle W4 drehfest verbunden. Mithin sind an der Getriebeausgangswelle W4 genau drei Festräder F1, F21, F31 angeordnet. Das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 ist drehbar an der ersten Getriebeeingangswelle W1 angeordnet. Das Schaltelement A ist koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle W1 angeordnet und verbindet in einem geschlossenen Zustand das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle W1. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Getriebe gemäß 5 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe gemäß 3, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung der vierten Stirnradstufe ST4 besteht. Vorliegend sind das zweite Festrad F42 der vierten Stirnradstufe ST4 und das Festrad F1 der ersten Stirnradstufe ST1 ein Bauteil. Mit anderen Worten teilen sich die erste Stirnradstufe ST1 und die vierte Stirnradstufe ST4 ein einziges gemeinsames Festrad F1, F42, das drehfest an der ersten Getriebeeingangswelle W1 angeordnet ist. Mithin wird dadurch, dass die zweite elektrische Maschine EM2 über die vierte Stirnradstufe ST4 direkt mit der ersten Stirnradstufe ST1 verbunden ist, gegenüber 3 ein Festrad an der ersten Getriebeeingangswelle W1 eingespart. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Antriebsstrangs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Getriebe gemäß 6 entspricht im Wesentlichen dem Getriebe gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anbindung der zweiten elektrischen Maschine EM2 besteht. Vorliegend sind die erste und dritte Getriebeeingangswelle W1, W3 nicht koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden, sondern achsparallel zueinander angeordnet. Die dritte Getriebeeingangswelle W3 und die Getriebeausgangswelle W4 sind über eine vierte Stirnradstufe ST4', bestehend aus einem Festrad F4 und einem Losrad L4, verbunden. Das Festrad F4 der vierten Stirnradstufe ST4` ist mit der dritten Getriebeeingangswelle W3 drehfest verbunden. Das Losrad L4 der vierten Stirnradstufe ST4` und das Losrad L1 der ersten Stirnradstufe ST1 sind ein Bauteil. Mit anderen Worten teilen sich die erste Stirnradstufe ST1 und die vierte Stirnradstufe ST4' ein einziges gemeinsames Losrad L1, L4, das drehbar an der Getriebeausgangswelle W4 angeordnet ist. Das Losrad L1, L4 ist im Zahneingriff mit dem Festrad F4 und ist mittels des Schaltelements A drehfest mit der Getriebeausgangswelle W4 verbindbar. Mithin wird dadurch, dass die zweite elektrische Maschine EM2 über die vierte Stirnradstufe ST4` direkt mit der ersten Stirnradstufe ST1 verbunden ist, ein Festrad und ein Zwischenrad eingespart. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Antriebsstrang
2: Differential
3: Differentialeingangswelle
4: Differentialausgangswelle
5: Differentialausgangswelle
6: Dämpfungseinrichtung
100: Fahrzeug
101: erste Antriebsachse
102: zweite Antriebsachse
R1: Rad
R2: Rad
R3: Rad
R4: Rad
W1: erste Getriebeeingangswelle
W2: zweite Getriebeeingangswelle
W3: dritte Getriebeeingangswelle
W4: Getriebeausgangswelle
VM: Verbrennungsmotor
EM1: erste elektrische Maschine
EM2: zweite elektrische Maschine
EM3: dritte elektrische Maschine
ST1: erste Stirnradstufe
F1: Festrad
L1: Losrad
ST2: zweite Stirnradstufe
F21: erstes Festrad
F22: zweites Festrad
ST3: dritte Stirnradstufe
F31: erstes Festrad
F32: zweites Festrad
ST4: vierte Stirnradstufe
F41: erstes Festrad
F42: zweites Festrad
Z: Zwischenrad
ST4': vierte Stirnradstufe
F4: Festrad
L4: Losrad
A: Schaltelement
A1: erste Rotationsachse
A2: zweite Rotationsachse
A3: dritte Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 112018007598 T5 [0002]

Claims

Getriebe für einen Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs (100), aufweisend • eine erste Getriebeeingangswelle (W1) zur Anbindung eines Verbrennungsmotors (VM), • eine zweite Getriebeeingangswelle (W2) zur Anbindung einer ersten elektrischen Maschine (EM1), • eine dritte Getriebeeingangswelle (W3) zur Anbindung einer zweiten elektrischen Maschine (EM2), • ein Differential (2) mit einer Differentialeingangswelle (3) und zwei Differentialausgangswellen (4, 5), • eine Getriebeausgangswelle (W4), die zumindest mittelbar mit der Differentialeingangswelle (3) und der zweiten Getriebeeingangswelle (W2) verbunden ist, • ein einziges Schaltelement (A) zur Abkopplung der ersten und dritten Getriebeeingangswelle (W1, W3) von der Getriebeausgangswelle (W4), wobei die erste Getriebeeingangswelle (W1) und die dritte Getriebeeingangswelle (W3) zumindest mittelbar verbunden sind, wobei die Getriebeausgangswelle (W4) mittels des Schaltelements (A) über eine erste Stirnradstufe (ST1), bestehend aus einem Festrad (F1) und einem Losrad (L1), mit der ersten und dritten Getriebeeingangswelle (W1, W3) verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Festrad (F1) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der ersten Getriebeeingangswelle (W1) drehfest verbunden ist, wobei das Losrad (L1) der ersten Stirnradstufe (ST1) drehbar an der Getriebeausgangswelle (W4) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (A) in einem geschlossenen Zustand das Losrad (L1) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der Getriebeausgangswelle (W4) drehfest verbindet.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Festrad (F1) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der Getriebeausgangswelle (W4) drehfest verbunden ist, wobei das Losrad (L1) der ersten Stirnradstufe (ST1) drehbar an der ersten Getriebeeingangswelle (W1) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (A) in einem geschlossenen Zustand das Losrad (L1) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der ersten Getriebeeingangswelle (W1) drehfest verbindet.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (A) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schaltelement (A) als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dämpfungseinrichtung (6) an der ersten Getriebeeingangswelle (W1) angeordnet ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Getriebeausgangswelle (W4) über eine zweite Stirnradstufe (ST2), bestehend aus einem ersten Festrad (F21) und einem zweiten Festrad (F22), mit der zweiten Getriebeeingangswelle (W2) verbunden ist, wobei das erste Festrad (F21) der zweiten Stirnradstufe (ST2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (W2) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad (F22) der zweiten Stirnradstufe (ST2) mit der Getriebeausgangswelle (W4) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Getriebeausgangswelle (W4) über eine dritte Stirnradstufe (ST3), bestehend aus einem ersten Festrad (F31) und einem zweiten Festrad (F32), mit dem Differential (2) verbunden ist, wobei das erste Festrad (F31) der dritten Stirnradstufe (ST3) mit der Differentialeingangswelle (3) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad (F32) der dritten Stirnradstufe (ST3) mit der Getriebeausgangswelle (W4) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und dritte Getriebeeingangswelle (W1, W3) koaxial zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und dritte Getriebeeingangswelle (W1, W3) achsparallel zueinander angeordnet sind, wobei die erste und dritte Getriebeeingangswelle (W1, W3) über eine vierte Stirnradstufe (ST4), bestehend aus einem ersten Festrad (F41), einem zweiten Festrad (F42) und einem dazwischen angeordneten Zwischenrad (Z), verbunden sind, wobei das erste Festrad (F41) der vierten Stirnradstufe (ST4) mit der dritten Getriebeeingangswelle (W3) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Festrad (F42) der vierten Stirnradstufe (ST2) mit der ersten Getriebeeingangswelle (W1) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und dritte Getriebeeingangswelle (W1, W3) achsparallel zueinander angeordnet sind, wobei die dritte Getriebeeingangswelle (W3) und die Getriebeausgangswelle (W4) über eine vierte Stirnradstufe (ST4'), bestehend aus einem Festrad (F4) und einem Losrad (L4), verbunden sind, wobei das Festrad (F4) der vierten Stirnradstufe (ST4`) mit der dritten Getriebeeingangswelle (W3) drehfest verbunden ist, wobei das Losrad (L4) der vierten Stirnradstufe (ST4`) an der Getriebeausgangswelle (W4) drehbar gelagert und mittels des Schaltelements (A) drehfest mit der Getriebeausgangswelle (W4) verbindbar ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (W2) als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zum Differential (2) angeordnet ist, wobei sich eine der beiden Differentialausgangswellen (4, 5) axial durch die zweite Getriebeeingangswelle (W2) erstreckt.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (W1) auf einer ersten Rotationsachse (A1) angeordnet ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (W2) auf einer zweiten Rotationsachse (A2) angeordnet ist, wobei die Getriebeausgangswelle (W4) auf einer dritten Rotationsachse (A3) angeordnet ist, wobei die drei Rotationsachse (A1, A2, A3) achsparallel zueinander angeordnet sind.
Antriebsstrang (1) umfassend einen Verbrennungsmotor (VM), eine erste elektrische Maschine (EM1), zumindest eine zweite elektrische Maschine (EM2) und ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Verbrennungsmotor (VM) und die erste elektrische Maschine (EM1) achsparallel zueinander angeordnet sind.
Fahrzeug (100) mit einem Antriebsstrang (1) nach Anspruch 14.