DE19903936A1 - Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Getriebe, insbesondere für KraftfahrzeugeInfo
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- F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
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Abstract
Ein Getriebe (15; 15a; 15b; 15c), insbesondere für Kraftfahrzeuge, weist zwei Planetengetriebe (16; 16c, 17; 17c) auf, deren Hohlräder (18; 18c, 19) mittels eines Zahnkranzes (12) mit der Kurbelwelle (11; 11a; 11c) eines Verbrennungsmotors verbunden sind. Jedes Planetengetriebe (16; 16c, 17) ist mit jeweils einer Getriebewelle (31, 32) gekoppelt, auf denen Eingangszahnräder (1E bis 5E, RE) für verschiedene Getriebeübersetzungen angeordnet sind. Die Eingangszahnräder (1E bis 5E, RE) kämmen in auf einer Ausgangswelle (40; 40a; 40c) angeordneten Ausgangszahnräder (1A bis 5A, RA). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, jedes Planetengetriebe (16; 16c, 17) mit einer Elektromaschine (26, 27) zu koppeln, die beispielsweise mit den Sonnenrädern (23; 23a, 24; 24a) der Planetengetriebe (16; 16c, 17) verbunden sind. Mit der beschriebenen Anordnung können insbesondere beim Einsatz in Hybridfahrzeugen relativ hohe Gesamtwirkungsgrade und stufenlos veränderbare Übersetzungsverhältnisse erzielt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein
derartiges Getriebe ist in dem Artikel "A development of
Toyota Hybrid System" (Technical Review Vol. 47 No. 2, 2.
Apr. 1998) beschrieben. Bei dem bekannten Getriebe für ein
Hybridfahrzeug ist ein einziges Planetengetriebe vorgesehen.
Dessen mit der Ausgangswelle verbundenes Hohlrad ist mit
einer ersten Elektromaschine gekoppelt, während das
Sonnenrad mit einer zweiten Elektromaschine verbunden ist.
Über den mit der Antriebs- bzw. Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors verbundenen Planetenträger wird ein
Antriebsmoment in das Planetengetriebe eingeleitet. Durch
eine Variation der Drehzahl des mit der zweiten
Elektromaschine gekoppelten Sonnenrades läßt sich gegebener,
von dem Verbrennungsmotor erzeugter Planetenraddrehung am
Hohlrad eine beliebige Drehzahl einstellen, wodurch sich
zwischen dem Hohlrad und somit der Ausgangswelle und dem
Verbrennungsmotor beliebige Übersetzungsverhältnisse
erzielen lassen. Die Drehmomente werden durch das
Planetengetriebe stets in einem festen Verhältnis zwischen
Verbrennungsmotor, Ausgangswelle und zweiter Elektromaschine
aufgeteilt. Bei einem gegebenen Drehmoment des
Verbrennungsmotors und einem bestimmten
Übersetzungsverhältnis liegt damit die Drehzahl und das
erforderliche Drehmoment an der zweiten Elektromaschine
fest. Ändert sich die erforderliche Drehzahl an der zweiten
Elektromaschine, so variiert auch deren elektrische
Leistung. Im Generatorbetrieb der zweiten Elektromaschine
kann die dabei erzeugte Leistung an die erste
Elektromaschine wieder abgegeben werden, im Motorbetrieb der
zweiten Elektromaschine entsprechend umgekehrt. Diesen
Vorgang bezeichnet man als elektrische Leistungsverzweigung.
Nachteil einer derartigen Leistungsverzweigung sind jedoch
die dabei auftretenden Verluste.
Aus diesem Grunde wurde das sogenannte SEL-Getriebe
vorgeschlagen (P. Tenberge, W. Hofmann: Mechanisch-elektrische
Fahrzeuggetriebe im Vergleich, VDI-Bericht Nr. 1393, VDI-
Verlag Düsseldorf 1998, 5.551 ff.). Dabei ist hinter dem
Planetensatz eines Planetengetriebes ein zusätzliches
dreistufiges Getriebe angeordnet, das die Drehzahlspreizung
der Elektromaschine reduziert. Nachteilig dabei ist die
relativ aufwendige Getriebemechanik sowie die zum Schalten
der Lamellenkupplungen und -bremsen erforderliche Hydraulik.
Das erfindungsgemäße Getriebe, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es mechanisch
relativ einfach aufgebaut ist und einen guten Wirkungsgrad
aufweist. Dies wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 dadurch erreicht, daß es durch die beiden mit
jeweils einer Elektromaschine gekoppelten Umlaufgetriebe
möglich ist, den elektrischen Leistungsfluß der beiden
Elektromaschinen zu reduzieren, so daß beispielsweise im
Generatorbetrieb von den beiden Elektromaschinen lediglich
die vom Bordnetz benötigte Leistung erzeugt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Getriebes, insbesondere für
Kraftfahrzeuge, ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung.
Durch die Ankopplung der beiden Elektromaschinen an jeweils
eine Getriebewelle und die Verwendung von Umlaufgetrieben
kann auf herkömmliche Kupplungen verzichtet werden. Die
beiden Elektromaschinen ersetzen außerdem einen zum Starten
des Verbrennungsmotors benötigten Anlasser sowie eine
Lichtmaschine und Synchronisationseinrichtungen zum Schalten
einzelner Gänge. Ferner läßt sich durch die Verwendung
zweier Getriebewellen ein Schalten der Gänge ohne
Zugkraftunterbrechung erzielen. Mittels der beiden
Elektromaschinen ist es darüber hinaus möglich, im Bereich
zwischen zwei Getriebestufen eine stufenlose Übersetzung zu
ermöglichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein erstes erfindungsgemäßes Getriebe in einer
schematischen Darstellung und die
Fig. 2 bis 4 gegenüber der Fig. 1 abgewandelte Getriebe,
ebenfalls in schematischen Darstellungen.
In der Fig. 1 ist ein Teil des Antriebsstrangs eines
Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Antriebsstrang umfaßt unter
anderem die Kurbelwelle 11 eines ansonsten nicht
dargestellten Verbrennungsmotors, an deren Ende ein
Zahnkranz 12 angeordnet ist. Weiterhin wirkt die Kurbelwelle
11 mit einer Motorbremse 13 zusammen. An den Zahnkranz 12
ist ein Getriebe 15 ankoppelbar, das im Ausführungsbeispiel
als Dreiwellengetriebe ausgebildet ist.
Das Getriebe 15 weist zwei vorzugsweise identische
Umlaufgetriebe, insbesondere zwei Planetengetriebesätze 16,
17 auf. Jeder Planetengetriebesatz 16, 17 hat, wie an sich
bekannt, jeweils ein innen und außen verzahntes Hohlrad 18,
19, mehrere Planetenräder 21, 22 sowie ein Sonnenrad 23, 24.
Die Ankopplung des Getriebes 15 an den Zahnkranz 12 erfolgt
über die Außenverzahnungen der Hohlräder 18, 19 der
Planetengetriebesätze 16, 17. Auf der der Kurbelwelle 11
zugewandten Seite der Planetengetriebesätze 16, 17 ist jedes
Sonnenrad 23, 24 mit einer Elektromaschine 26, 27 gekoppelt.
Die miteinander, zum Beispiel über einen elektrischen
Zwischenkreis und mit der Bordbatterie des Kraftfahrzeugs
verbundenen Elektromaschinen 26, 27 sind mit einer
Leistungselektronik für einen Vierquadrantenbetrieb
ausgerüstet. Die Planetenträger 28, 29 der
Planetengetriebesätze 16, 17 sind auf der den
Elektromaschinen 26, 27 gegenüberliegenden Seite mit
Getriebewellen 31, 32 verbunden.
Die beiden Getriebewellen 31, 32 tragen die
Eingangszahnräder 1E bis 5E und RE eines 5-Gang-
Schaltgetriebes. Um die lose auf den Getriebewellen 31, 32
angeordneten Eingangszahnräder 1E bis 5E und RE mit den
Getriebewellen 31, 32 zu verbinden, ist auf diesen ferner
zwischen den Eingangszahnrädern 2E und 4E, 1E und 3E sowie
5E und RE jeweils ein Zahnrad 33, 34, 35 drehfest
angeordnet. Die Zahnräder 33, 34, 35 können mittels
elektrisch betätigbaren Schiebemuffen 36, 37, 38 und
Klauenkupplungen mit dem jeweiligen Eingangszahnrad 1E bis
5E und RE in Eingriff gebracht und somit kraftschlüssig
verbunden werden.
Die Eingangszahnräder 1E bis 5E und RE kämmen in
Ausgangszahnrädern 1A bis 5A und RA, die auf einer
Ausgangswelle 40 drehfest angeordnet sind, wobei zwischen
dem Eingangszahnrad RE und dem Ausgangszahnrad RA noch ein
Zwischenzahnrad 41 angeordnet ist. Um ein Blockieren bzw.
Feststellen der Ausgangswelle 40 zu ermöglichen, wirkt diese
weiterhin mit einer Bremse 42 zusammen. Die Bremse 42 kann
auch die Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs sein.
Im folgenden werden verschiedene Betriebsarten beschrieben,
die mit dem oben beschriebenen Getriebe 15 realisiert werden
können, wobei die Steuerung und Regelung sowohl des
Getriebes 15 als auch des Verbrennungsmotors mittels
elektronischer Steuergeräte erfolgt: Zum Starten des
Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs bei Fahrzeugstillstand
ist die Bremse 42 aktiviert, d. h. daß die Ausgangswelle 40
blockiert ist. Ferner ist an den beiden Getriebewellen 31,
32 jeweils ein Gang, zum Beispiel der erste und der zweite
Gang eingelegt, wozu sich die Schiebemuffen 37, 38 in
Überdeckung mit den entsprechenden Eingangszahnrädern 1E
und 2E befinden. Durch das Einlegen eines Ganges auf jeder
Getriebewelle 31, 32 sind die Planetenträger 28, 29 der
Planetengetriebesätze 16, 17 fest, d. h. sie können sich
nicht drehen, wenn ein Startmoment über die Sonnenräder 23,
24 eingeleitet wird. Nun werden die beiden Elektromaschinen
26, 27 von der Bordbatterie motorisch betrieben. Das von den
Elektromaschinen 26, 27 in die Sonnenräder 23, 24
eingeleitete Drehmoment erzeugt dabei über die sich
drehenden Planetenräder 21, 22 eine Drehung des jeweiligen
Hohlrades 18, 19, welche wiederum den Zahnkranz 12 der
Kurbelwelle 11 mit der erforderlichen Startdrehzahl
antreiben, wodurch der Verbrennungsmotor gestartet wird.
Eine übliche bzw. sinnvolle Auslegung der
Planetengetriebesätze 16, 17 führt zu einer Startübersetzung
von ca. 4 : 1. Unter der Annahme, daß ein erforderliches
Startdrehmoment eines Verbrennungsmotors in der
Größenordnung von ca. 200 Nm liegt, muß somit jede als
Elektromotor wirkende Elektromaschine 26, 27 ca. 25 Nm
bereitstellen. Dieses erforderliche Drehmoment bestimmt
gleichzeitig die Baugröße bzw. Leistungsstufe der
Elektromaschinen 26, 27.
Ergänzend wird an dieser Stelle angemerkt, daß die beiden
Elektromaschinen 26, 27 im Startmodus, d. h. mit
festgesetzten Planetenträgern 28, 29 nach dem Starten des
Verbrennungsmotors ihrerseits über den Zahnkranz 12 vom
Verbrennungsmotor getrieben werden. Aufgrund der oben
erwähnten Übersetzungsverhältnisse der Planetengetriebesätze
16, 17 werden die Elektromaschinen 26, 27 dann mit etwa der
vierfachen Motordrehzahl des Verbrennungsmotors angetrieben.
Um die Grenzdrehzahlen der Elektromaschinen 26, 27 nicht zu
überschreiten, sollte für diesen Fall die Motordrehzahl des
Verbrennungsmotors während des Startmoduses begrenzt werden.
Nachfolgend wird der Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs
beschrieben, bei dem sich dieses mit einer gleichförmigen
oder veränderlichen Geschwindigkeit bewegt. In diesem Fall
ist in dem Getriebe 15 in beiden Getriebewellen 31, 32
jeweils ein Gang eingelegt, zum Beispiel der zweite und der
dritte Gang. Die entsprechenden Zahnräder 2E und 3E sind
somit kraftschlüssig mit den Zahnrädern 2A und 3A der
Ausgangswelle 40 verbunden. Es besteht ein definiertes
Verhältnis zwischen den Drehzahlen der beiden Planetenträger
28 und 29 entsprechend der Übersetzungsverhältnisse zwischen
dem zweiten und dem dritten Gang, wobei der Planetenträger
28 des zweiten Ganges mit einer größeren Drehzahl dreht als
der Planetenträger 29 des dritten Ganges. Weiterhin ist die
Drehzahl der Ausgangswelle 40 proportional zur
Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Da die vom
Verbrennungsmotor getriebenen Hohlräder 18, 19 bei
identischen Planetengetriebesätzen 16, 17 mit gleicher
Drehzahl drehen, ergeben sich somit definierte Drehzahlen
der mit den Elektromaschinen 26, 27 gekoppelten Sonnenräder
23, 24. Wird nun das Drehzahlniveau der beiden
Elektromaschinen 26, 27 verändert, so verändert sich bei
konstanter Motordrehzahl des Verbrennungsmotors auch das
Verhältnis zwischen der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors
und der Drehzahl der Ausgangswelle 40. Mit anderen Worten
gesagt bedeutet dies, daß eine Variation des Drehzahlniveaus
der Elektromaschinen 26, 27 zu einer (stufenlosen) Variation
der Getriebeübersetzung bei fest eingelegten Gängen an den
Getriebewellen 31, 32 führt.
Bei einem von dem Verbrennungsmotor vorgegebenen Drehmoment
und einem benötigten Antriebsmoment an der Ausgangswelle 40
ergibt sich ein fest vorgegebenes Summendrehmoment an den
beiden Elektromaschinen 26, 27. Weiterhin steht das
Drehmoment des Verbrennungsmotors und das Summendrehmoment
an den beiden Elektromaschinen 26, 27 stets in einem festen
Verhältnis, solange keine Bremse betätigt wird. Daher läßt
sich das aktuelle Drehmoment des Verbrennungsmotors sehr
genau aus dem Summendrehmoment der beiden Elektromaschinen
26, 27 ableiten, welches aus deren Steuerung bekannt ist.
Die Kenntnis des aktuellen Drehmoments des
Verbrennungsmotors ist für eine koordinierte Antriebsstrang-
und Motorsteuerung hilfreich bzw. kann diese vereinfachen
oder verbessern.
Durch die Verzweigung des Drehmomentes über die beiden
Getriebewellen 31, 32 kann das Summendrehmoment der beiden
Elektromaschinen 26, 27 beliebig zwischen diesen aufgeteilt
werden. Da aufgrund der unterschiedlichen eingelegten Gänge
an den beiden Getriebewellen 31, 32 die beiden
Elektromaschinen 26, 27 eine unterschiedliche Drehzahl
aufweisen, variiert dabei auch deren elektrische Leistung.
Besonders vorteilhaft ist es, im Normalbetrieb die beiden
Elektromaschinen 26, 27 als Generatoren wirken zu lassen,
die lediglich die vom Bordnetz benötigte Energie bzw.
Leistung erzeugen. Dies hat zur Folge, daß sich bei einer
bestimmten erforderlichen elektrischen Leistung der beiden
Elektromaschinen 26, 27 ein bestimmtes Drehzahlniveau an den
beiden Elektromaschinen 26, 27 und somit auch ein bestimmtes
Übersetzungsverhältnis des Getriebes 15 einstellt. Die mit
den Elektromaschinen 26, 27 innerhalb bestimmter Grenzen
mögliche stufenlose Veränderung des
Übersetzungsverhältnisses wird allein dadurch erreicht,
indem die vom Bordnetz benötigte elektrische Leistung
zwischen den beiden generatorisch arbeitenden
Elektromaschinen 26, 27 aufgeteilt wird, wobei keine
verlustbehaftete Leistungsverzweigung zwischen den beiden
Elektromaschinen 26, 27 entsteht.
Es genügt, wenn die mittels der beiden Elektromaschinen 26,
27 mögliche Spreizung des Übersetzungsverhältnisses einen
relativ geringen Bereich abdeckt, da größere Veränderungen
des Übersetzungsverhältnisses über einen Gangwechsel
realisiert werden können. Wenn die mögliche Spreizung für
einen Gang, zum Beispiel bei niedrigen Bordnetzleistungen,
nicht ausreichend ist kann diese erhöht werden, indem
entweder ein (verlustbehafteter) Leistungsfluß zwischen den
beiden Elektromaschinen 26, 27 zugelassen wird, oder aber
indem die elektrische Leistung zum Laden der Bordbatterie
über den eigentlichen Bordnetzbedarf hinaus erhöht wird.
Nunmehr wird ein Schaltvorgang im Getriebe 15 erläutert, der
zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses erforderlich ist,
wenn zum Beispiel der Verbrennungsmotor bei einer bestimmten
Drehzahl bei entsprechend höherer Last eine höhere
Fahrgeschwindigkeit ermöglichen soll. Dabei wird
exemplarisch davon ausgegangen, daß an der zweiten
Getriebewelle 32 vom dritten in den fünften Gang geschaltet
werden soll, während in der ersten Getriebewelle 31 der
vierte Gang eingelegt bleibt. Vor dem eigentlichen
Schaltvorgang wird dazu die der zweiten Getriebewelle 32
zugeordnete Elektromaschine 27 lastfrei geschaltet, wodurch
das Moment in der zweiten Getriebewelle 32, mit Ausnahme
eines kleinen, aus der Massenträgheit der Bauteile
herrührenden Moments, zu Null wird. Der Kraftfluß findet in
diesem Zustand ausschließlich über die erste Getriebewelle
31 statt, wobei deren zugeordnete Elektromaschine 26 einen
Teil des Antriebsmoments abstützt und dabei als Motor oder
aber als Generator arbeiten kann. Sobald die zweite
Getriebewelle 32 lastfrei ist, kann der eingelegte dritte
Gang durch Trennen der Klauenkupplung und Verschieben der
Schiebemuffe 37 herausgenommen werden. Anschließend erzeugt
die Elektromaschine 27 der zweiten Getriebewelle 32 die
erforderliche Synchronisationsdrehzahl, bei der die zweite
Getriebewelle 32 mit einer Drehzahl gedreht wird, die der
Drehzahl des über die Ausgangswelle 40 angetriebenen
Zahnrads 5E des fünften Gangs entspricht. Wenn dies erfolgt
ist, wird der Kraftschluß zwischen der zweiten Getriebewelle
32 und dem Zahnrad 5E durch Verschieben der Schiebemuffe 38
hergestellt. Die Steuerung des Getriebes 15 kann die zur
Synchronisation der zweiten Getriebewelle 32 benötigte
Drehzahl mittels der Drehzahlen der Elektromaschine 26 sowie
des Verbrennungsmotors ermitteln. Zusätzliche Sensoren zur
Drehzahlerfassung an den Getriebewellen 31, 32 sind nicht
erforderlich.
Die anderen Schaltwechsel beim Hoch- bzw. Herunterschalten
erfolgen sinngemäß, wobei bei allen Schaltwechseln
charakteristisch ist, daß stets ein Kraftschluß zwischen der
Kurbelwelle 11 des Verbrennungsmotors und der Ausgangswelle
40 über eine der beiden Getriebewellen 31, 32 vorhanden ist,
so daß die Schaltvorgänge ohne Zugkraftunterbrechung
erfolgen können.
Mit dem Getriebe 15 lassen sich besonders vorteilhaft
sogenannte Hybridfahrzeuge betreiben, die sowohl einen
Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor aufweisen. Der
Fahrzeugbetrieb mittels Elektromotor, der zum Beispiel aus
Gründen der Luftreinhaltung innerstädtisch erfolgt, wird
dabei mittels den beiden Elektromaschinen 26, 27 realisiert,
die aus der Bordbatterie mit der dafür erforderlichen
Energie versorgt werden. Zur Abstützung des durch die
Elektromaschinen 26, 27 über die Planetenträger 28, 29 in
die Getriebewellen 31, 32 eingeleiteten Drehmoments müssen
dabei die Hohlräder 18, 19 der Planetengetriebesätze 16, 17
festgesetzt werden. Dies erfolgt auf einfache Weise über ein
Betätigen der Motorbremse 13, welche über den Zahnkranz 12
auf die Hohlräder 18, 19 wirkt.
Soll nun während des rein elektrischen Fahrens der
Verbrennungsmotor wieder gestartet werden, so werden dazu
der zweite und der Rückwärtsgang im Getriebe 15 eingelegt.
Dabei dreht die Elektromaschine 27 rückwärts, das heißt mit
der für den Motorstart erforderlichen Drehrichtung, während
die Elektromaschine 26 vorwärts angetrieben wird. Von beiden
Elektromaschinen 26, 27 wird somit ein gleichwirkendes
antreibendes Drehmoment in die Ausgangswelle 40 eingeleitet.
Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse
zwischen dem eingelegten zweiten Gang und dem eingelegten
Rückwärtsgang wird über das Hohlrad 19 der dem Rückwärtsgang
zugeordneten zweiten Elektromaschine 27 ein höheres (über
die Motorbremse 13 abgestütztes) Drehmoment auf den
Zahnkranz 12 übertragen als über das Hohlrad 20. Zum
eigentlichen Starten genügt es daher, die Motorbremse 13 zu
lösen, worauf der Zahnkranz 12 und die Kurbelwelle 11 in der
erforderlichen Anlaßrichtung des Verbrennungsmotors über das
Hohlrad 19 von der zweiten Elektromaschine 27 gedreht wird.
Wenn der Verbrennungsmotor gestartet ist, wird entsprechend
der oben beschriebenen Gangwechsel der Rückwärtsgang an der
zweiten Getriebewelle 32 herausgenommen, und satt dessen der
erste Gang oder aber der dritte Gang eingelegt.
Zusätzlich sei erwähnt, daß es während des Startens des
Verbrennungsmotors durch das von diesem dabei in den
Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment zu einem für den
Fahrer unangenehmen Ruckeln kommen kann, das durch eine
entsprechende Regelstrategie durch die beiden
Elektromaschinen 26, 27 ausgeglichen werden kann.
Das bereits erwähnte Fahren des Kraftfahrzeugs
ausschließlich mittels der Elektromaschinen 26, 27 hat
zwangsläufig eine relativ hohe Energieentnahme aus der
Bordbatterie zur Folge. Um die erforderliche Kapazität der
Bordbatterie zu begrenzen bzw. ein Wiederaufladen während
des verbrennungsmotorischen Betriebs zu ermöglichen, wurde
bereits der Betrieb der beiden Elektromaschinen 26, 27 als
Generator erwähnt. Besonders vorteilhaft ist es, die während
des Schiebebetriebs im Kraftfahrzeug gespeicherte
Rollenergie auszunutzen, um die Elektromaschinen 26, 27 als
Generatoren zu betreiben. Dazu wird der Verbrennungsmotor im
(lastfreien) Schiebebetrieb abgeschaltet und die Motorbremse
13 aktiviert. Somit werden die beiden mit den
Elektromaschinen 26, 27 gekoppelten Sonnenräder 23, 24 über
die sich drehenden Planetenträger 28, 29 getrieben.
Das oben beschriebene Getriebe 15 kann in vielfältiger Weise
abgewandelt werden. So kann es beispielsweise erforderlich
sein, an mindestens einer der beiden Elektromaschinen 26, 27
eine zusätzliche Bremse 43, 43a vorzusehen. Damit kann ein
Anfahren der Kraftfahrzeugs aus dem Stand mit einer hohen
Leistung ermöglicht werden. Dies erklärt sich daraus, daß
beim Fahrzeugstillstand die beiden Elektromaschinen 26, 27
bei einem bereits erwähnten Übersetzungsverhältnis der
Planetengetriebesätze 16, 17 von ca. 4 : 1 mit etwa der
vierfachen Motordrehzahl laufen. Wird nun über den
Verbrennungsmotor beim Anfahren ein relativ hohes
Anfahrmoment in die Kurbelwelle 11 eingeleitet, so muß
dieses von den Elektromaschinen 26, 27 abgestützt werden,
was zwangsläufig kurzzeitig zu sehr hohen elektrischen
Leistungen an den Elektromaschinen 26, 27 führt. Durch die
Verwendung wenigstens einer zusätzlichen, mit wenigstens
einer Elektromaschine 26, 27 zusammenwirkenden Bremse 43,
43a kann dieses Anfahrmoment von der Bremse 43, 43a
aufgenommen und in Reibarbeit umgesetzt werden. Die Bremse
43, 43a kann als mechanisch wirkende Reibungsbremse (Backen-
oder Lamellenbremse) ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft
ist jedoch die Ausbildung der Bremse 43, 43a als
Wirbelstrombremse. Diese Wirbelstrombremse kann zusätzlich
als Bestandteil eines Zuheizersystems (zum Beispiel für
einen wassergekühlten Generator) dienen und kurzzeitig sehr
hohe Momente abstützen.
Das Getriebe 15 ist im Ausführungsbeispiel als
Planetengetriebe dargestellt und beschrieben. Anstelle von
Planetengetrieben können jedoch auch andere Arten von
Umlaufgetrieben verwendet werden. Auch ist bei der
Verwendung von Planetengetrieben eine andere Kopplung der
einzelnen Elemente mit den Bauelementen der Planetengetriebe
denkbar. So kann zum Beispiel der Verbrennungsmotor sein
Drehmoment auch in die Planetenträger einleiten, während die
Getriebewellen mit den Hohlrädern gekoppelt sind.
Drei weitere Varianten sind in den Fig. 2, 3 und 4
dargestellt: In der Fig. 2 ist ein Getriebe 15a
dargestellt, das anstelle eines Dreiwellengetriebes
entsprechend der Fig. 1 als Hohlwellengetriebe ausgebildet
ist. Die mit den Planetenträgern 28a, 29a gekoppelte
Kurbelwelle 11a ist dabei von einer Hohlgetriebewelle 44
umfasst, auf der die Eingangszahnräder RE, 1E, 3E und 5E
angeordnet sind, während in Verlängerung der Kurbelwelle 22a
eine Getriebewelle 45 die Eingangszahnräder 4E und 2E trägt.
Die Eingangszahnräder 1E bis 5E und RE wirken mit
Ausgangszahnrädern 1A bis 5A und RA zusammen, die auf einer
zu der Hohlgetriebewelle 44, der Kurbelwelle 11a und der
Getriebewelle 45 parallel verlaufenden Ausgangswelle 40a
angeordnet sind. Der Vorteil des in der Fig. 2
dargestellten Getriebes 15a ist insbesondere in seiner
schmäleren Bauweise zu sehen.
Das in der Fig. 3 dargestellte Getriebe 15b unterscheidet
sich von dem Getriebe 15 gemäß der Fig. 1 insbesondere
dadurch, daß die beiden Elektromaschinen 26, 27
nebeneinander und die beiden Planetengetriebesätze 16b, 17b
(wie beim Getriebe 15a) spiegelbildlich zueinander
angeordnet sind. Auch hier läßt sich durch die
Reihenanordnung wie bei dem Getriebe 15a der beiden
Elektromaschinen 26, 27 und der Planetengetriebesätze 16b,
17b ein relativ kompaktes Getriebe verwirklichen.
Eine besonders vorteilhafte Variante ist das in der Fig. 4
dargestellte Getriebe 15c. Es unterscheidet sich von dem
Getriebe 15a insbesondere dadurch, daß die Planetenräder 21c
des Planetengetriebes 16c doppelt ausgeführt und durch eine
starre Welle verbunden sind. Das erste Planetenrad 21c der
linken Seite des Planetenträgers 28c kämmt mit dem mit der
Elektromaschine 26 verbundenen Sonnenrad 23c, auf der
rechten Seite des Planetenträgers 28c kämmt das zweite
Planetenrad 21c mit dem Hohlrad 18c des Antriebs. Daraus
ergibt sich ein sehr kompaktes Getriebe, das im Aufbau
heutigen Schaltgetrieben ähnlich ist, wobei die
Elektromaschinen den Bauraum einnehmen, der bei
konventionellen Schaltgetrieben für die Kupplung
erforderlich ist.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Getriebe 15a,
15b oder 15c mit wenigstens einer zusätzlichen Bremse 43,
43a entsprechend dem Getriebe 15 gemäß Fig. 1 auszustatten.
Claims (10)
1. Getriebe (15; 15a; 15b; 15c), insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einer ein Drehmoment eines
Verbrennungsmotors einleitenden Eingangswelle (11; 11a;
11c), die mit wenigstens einem Umlaufgetriebe (16; 16c, 17;
17c) gekoppelt ist, einer mit dem wenigstens einen
Umlaufgetriebe (16; 16c, 17; 17c) gekoppelten Ausgangswelle
(40; 40a; 40c) sowie zwei mit dem wenigstens einen
Umlaufgetriebe (16; 16c, 17; 17c) in Wirkverbindung
angeordneten Elektromaschinen (26, 27), dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Elektromaschinen (26, 27) mit
jeweils einem separaten Umlaufgetriebe (16; 16c, 17; 17c)
gekoppelt sind, daß die Elektromaschinen (26, 27) weder an
die Eingangswelle (11; 11a; 11c) noch an die Ausgangswelle
(40; 40a; 40c) gekoppelt sind und daß die Drehzahlen der
beiden Elektromaschinen (26, 27) unabhängig voneinander
veränderbar sind.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Umlaufgetriebe (16, 17) mit einer separaten
Getriebewelle (31, 32) gekoppelt ist, die in Wirkverbindung
mit der Ausgangswelle (40; 40a) angeordnet ist.
3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf
jeder Getriebewelle (31, 32) Eingangszahnräder (1E bis 5e,
RE) angeordnet sind, die in auf der Ausgangswelle (40; 40a)
angeordneten Ausgangszahnrädern (1A bis 5A, RA) kämmen.
4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Elemente (34 bis 38) zum kraftschlüssigen Verbinden der
Eingangs- (1E bis 5e, RE) und der Ausgangszahnräder (1A bis
5A, RA) mit den Getriebewellen (31, 32) und der
Ausgangswelle (40; 40a) vorgesehen sind und daß mit Ausnahme
von Schaltpausen stets eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen beiden Getriebewellen (31, 32) und der
Ausgangswelle (40; 40a) besteht.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Getriebewelle als Hohlwelle (44)
ausgebildet ist, die die Eingangswelle (11a) umfasst.
6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umlaufgetriebe Planetengetriebe (16,
17) sind, deren Hohlräder (18, 19) mit der Eingangswelle
(11), deren Sonnenräder (23; 23a, 24; 24a) mit den
Elektromaschinen (26, 27) und deren Planetenträger (28, 29)
mit den Getriebewellen (31, 32) gekoppelt sind.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektromaschinen (26, 27) axial
fluchtend zueinander angeordnet sind.
8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Erzielen eines stufenlosen
Übersetzungsverhältnisses die Drehzahlen der beiden
Elektromaschinen (26, 27) veränderbar sind.
9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (11) und die
Ausgangswelle (40; 40a) jeweils eine Bremseinrichtung (13,
42) aufweist.
10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektromaschine (26, 27)
in Wirkverbindung mit einer Bremseinrichtung (43, 43a)
angeordnet ist.
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