DE202016102495U1 - Klauenschaltelement, insbesondere für einen Hybridantriebsstrang mit leistungsverzweigendem Getriebe - Google Patents

Abstract

Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139), insbesondere für einen Hybridantrieb (1, 101, 201, 301) mit einem ersten Teilgetriebe (11, 111, 211, 311), z. B. einem Leistungsverzweigungsgetriebe (15, 115, 215), und einem zweiten Teilgetriebe (13, 113, 213, 313), z. B. einem schaltbaren Getriebe wie einem Stirnradnebenwellengetriebe (23, 123, 223), das zur synchronisierten Ein- und Auskupplung von Kraft- und/oder Drehmomentflüssen (F) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) mehrere Schiebemuffen (505, 507, 509) aufweist, wobei wenigstens eine der Schiebemuffen (505, 507, 509) wenigstens zwei Verzahnungen (521, 521I, 521II), vorzugsweise wenigstens drei Verzahnungen, jeweils mit Zähnen (523) für ein Einspuren aufweist, vorzugsweise voneinander entlang einer Hülsenfläche der Schiebemuffe (505, 507, 509) beabstandet, wobei eine Synchronisierung durch Drehzahlangleich eines ersten Rotationskörpers (31, 131, 231) an eine Drehzahl eines zweiten Rotationskörpers (61, 161, 361) durch Einleitung von Drehbewegungen zweier Kraftmaschinen (3, 103, 203, 303, 5, 105, 205, 305, 7, 107, 207, 307) herstellbar ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung behandelt ein Klauenschaltelement, insbesondere für einen Hybridantriebsstrang, also einen Hybridantrieb, in dem zwei Kraftmaschinen, vorzugsweise Elektromaschinen, vorhanden sind. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich zudem damit, wie Kraftflüsse über das lastschaltbare Getriebe, insbesondere leistungsverzweigte Getriebe, das auch als leistungsverzweigendes Getriebe bezeichnet wird, herstellbar bzw. herzustellen sind.
• Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt ein Klauenschaltelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Technisches Gebiet
• Hybridantriebsstränge, insbesondere jene, die in Kraftfahrzeugen wie Personenkraftfahrzeugen verbaut sind, setzen sich aus verschiedenen Antriebskomponenten zusammen, üblicherweise sind wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine wie ein Dieselmotor oder ein benzingetriebener Motor sowie wenigstens eine Elektromaschine vorhanden. Zur Rekuperation wird die Elektromaschine häufig generatorisch betrieben. Für Beschleunigungsvorgänge oder für das Erzielen von erhöhten Endgeschwindigkeiten dient die Elektromaschine häufig als Antriebsmotor, z. B. im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine zur Herstellung des sogenannten Boostbetriebs. Ein Einsatzgebiet für solche Hybridantriebstränge sind Personenkraftfahrzeuge der oberen Mittelklasse und der Oberklasse, die mit Verbrennungskraftmaschinen ausgestattet sind, die im dreistelligen kW-Bereich eine Leistung auf die Antriebsräder bringen können. Es ist allgemein bekannt, dass diese Fahrzeuge aber häufig gar nicht im optimierten Betriebspunkt betrieben werden können, weil sie z. B. auf Fahrstrecken mit Geschwindigkeitsbeschränkungen bewegt werden sollen.
• Die Gestaltungsfreiräume und Konfigurationsmöglichkeiten eines solchen Hybridantriebs werden gesteigert, wenn nicht nur eine einzige Elektromaschine in dem Hybridantriebsstrang vorhanden ist, sondern neben einer ersten Elektromaschine noch eine weitere, zweite Elektromaschine. Dadurch lassen sich Kombinationen herstellen, bei denen wahlweise beide Elektromaschinen motorisch den Antriebsstrang antreiben. In einer weiteren Konfiguration bzw. Einstellung kann eine der Elektromaschinen generatorisch betrieben werden, was die Möglichkeit eines seriellen Hybrids erlaubt (elektrische Energiegewinnung). In einer Idealkonfiguration können sogar beide Elektromaschinen auf einen Generatorbetrieb geschaltet werden.
• Je nach Konfiguration und Einstellung der einzelnen Antriebsmaschinen und Motoren bzw. Generatoren sind die Schaltkonfigurationen von den die Komponenten verbindenden Getrieben einzustellen, um z. B. eine Leistungsverzweigung zu realisieren, um z. B. eine Energierückgewinnung zu ermöglichen oder um z. B. eine stärkere Beschleunigung anbieten zu können.
• Eine beispielhafte Zusammenstellung von besonders vorteilhaften Hybridantriebssträngen sind den Ausführungsbeispielen der DE 10 2010 052 262 B4 (Patentinhaberin: Hofer-PDC GmbH; Anmeldetag: 23.11.2010) zu entnehmen. Dieses Dokument kann als Ausgangsbasis für weitere Überlegungen und als Darstellung des technischen Hintergrunds angesehen werden.
• Stand der Technik
• Ein elektrisch variierbares Getriebe mit Antriebsmaschinen und einer Anzahl elektrischer Motor-Generator-Einheiten unter Nutzung eines Planetengetriebes wird in der US 7 867 124 B2 (Patentinhaberin: GM Global Technology Operations, Inc.; Anmeldetag: 10.09.2007) vorgestellt. Durch die Nutzung von Kupplungen und Bremsen können die einzelnen Antriebs- bzw. Generatoren-Einheiten auf das Planetengetriebe aufgeschaltet werden, um unterschiedliche Getriebebetriebsweisen, wie z. B. eine Lastverteilung, eines ausschließlichen elektrischen Antriebs und eines Betriebs unter dem Aspekt der Effizienzsteigerung vornehmen zu können.
• Als eine Möglichkeit der Kupplung von einzelnen Komponenten des Getriebes werden in der Schutzrechtsliteratur immer wieder Klauenkupplungen erwähnt.
• In der EP 1 910 117 B1 (Patentinhaberin: Peugeot Citroen Automobiles S. A.; Prioritätstag: 02.05.2005) wird vorgeschlagen, einzelne Wellen mit sechs Klauenkupplungen wahlweise festzusetzen. Wie sich aus den Figuren entnehmen lässt, dürften die in der EP 1 910 117 B1 vorgeschlagenen Getriebe einen höheren mechanischen Aufwand und in Bezug auf die Anzahl der zu verbauenden Komponenten insgesamt höheren Aufwand erfordern.
• Die US 7 195 574 B2 (Patentinhaberin: Ford Global Technologies, LLC; Prioritätstag: 21.05.2003) zeigt, wie zwei ineinander verschachtelte Planetengetriebe mit zwei Klauenkupplungen über angeschlossene Wellen auf Losräder aufgekuppelt werden können.
• Auch die US 2014/171 247 A1 (Anmelder: D. Puiu et al.; Anmeldetag: 18.12.2012) beschäftigt sich mit der Kuppelbarkeit von zwei Planetengetrieben, die je nach Betrieb der Elektromaschinen aneinander gekoppelt werden sollen.
• Die DE 10 2010 028 026 A1 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen AG; Anmeldetag: 21.04.2010), die vorschlägt, zwei Elektromaschinen an Wellen eines Stirnradgetriebes anzuschließen, zeigt die weit verbreitete Auffassung, dass für jede Schaltstellung eine eigene Klauenkupplung notwendig ist. Hiervon abweichend schlägt die US 7 690 459 B2 (Patentinhaberin: Ford Global Technologies, LLC; Anmeldetag: 30.08.2006) vor, bei auf einer Welle sitzenden Stirnlosrädern die Auswahl, welches Stirnrad an die Welle zu kuppeln ist, durch eine zweiseitig einkuppelbare Klauenkupplung zu realisieren.
• In der DE 10 2004 055 903 A1 (Anmelderin: General Motors Corporation; Prioritätstag: 19.11.2003) wird ein mechanischer Kupplungsmechanismus mit einer Synchroneinrichtung beschrieben. An welchen Stellen der einzelnen Darstellungen von Schiebemuffen in der DE 10 2004 055 903 A1 welche Planetengetriebekomponenten anzuschließen sind, wird dabei aber nicht gezeigt.
• Anders geht aus der DE 10 2011 089 711 A1 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen AG; Anmeldetag: 23.12.2011) nicht nur eine Schaltmuffe bzw. eine Synchronisierung, sondern ein kompletter Antriebsstrang von einem Verbrennungsmotor sowie zwei Elektromaschinen bis zu den Rädern hervor. Ein erstes und zweites Getriebe operieren zusammen, insbesondere eines davon kann als Stirnradnebenwellengetriebe ausgebildet sein.
• Die EP 2 199 136 A1 (Anmelderin: Aisin Ai Co.; Prioritätstag: 18.10.2007) beschreibt ebenfalls verschiedene Varianten von Antriebssträngen. Es werden Verzahnungsbereiche gezeigt, wobei Zahnräder mit Dachschrägen vorhanden sein dürften.
• Auch in einer Planetengetriebeanordnung der US 4 063 470 A (Patentinhaberin: BorgWarner Corporation; Anmeldetag: 10.09.1976) scheinen an Zahnrädern Dachschrägen dargestellt zu sein.
• Die JP 2015-81 618 A ; Anmelderin: Aisin Seiki Co Ltd; Anmeldetag: 21.10.2013) beschäftigt sich mit einem Getriebe, das mit Klauenkupplungen arbeitet. Es werden zueinander beabstandete Zahnkränze gezeigt. Bei einer Kupplungsbetätigung kann eine Anpassung eines Motordrehmoments erfolgen.
• In der DE 10 2013 223 356 A1 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen AG; Anmeldetag: 15.11.2013) werden verschiedene, schematisch dargestellte Getriebe behandelt. Eingangsseitige Schaltelemente werden als Klauenkupplungen beschrieben. Zwei Schaltelemente werden funktional zusammengefasst auch als Doppelschaltelement bezeichnet, wobei lastfreies Schalten über das eine Schaltelement erläutert wird, während über das andere Schaltelement eine Lastübernahme möglich sein soll.
• Die internationale Patentanmeldung WO 2006/117 493 A1 (Anmelderin: Peugeot Citroen Automobiles SA; Prioritätstag: 02.05.2005) zeigt Getriebe mit Planetengetriebe in Hybridantriebssträngen. Außerdem werden Beispiele möglicher Klauen hierfür dargestellt. Eines der Ausführungsbeispiele betrifft eine Klaue, die aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, wobei die Teile unabhängig voneinander verschoben werden können.
• In der am 01.09.2016 nachveröffentlichten DE 10 2015 203 571 A1 (Anmelderin: ZF Friedrichshafen AG; Anmeldetag: 27.02.2015) werden verschiedene informative Varianten von Kupplungsvorrichtungen und Getrieben gezeigt.
• Bei Getrieben, die als Teil eines Hybridantriebs, insbesondere in Personenkraftfahrzeugen, verbaut werden sollen, ist auch immer frühzeitig zu überlegen, wie der Einbau und der benötigte Bauraum für das Getriebe auszugestalten sind.
• Strukturierte Teilgetriebekonzepte lassen sich der US 6 719 655 B2 (Patentinhaberin: ZF Friedrichshafen; Prioritätstag: 24.10.2001) und der DE 10 2013 112 388 A1 (Anmelderin: hofer forschungs- und entwicklungs GmbH; Anmeldetag: 11.11.2013) entnehmen. In beiden Beschreibungen sind gehäuseglockenartige Anflanschgehäuse dargestellt, die Raum für ein antriebsmäßig zuerst angeordnetes Planetengetriebe und ein sich daran anschließendes Stirnradgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe bieten.
• Darüber hinaus sind zahlreiche Ansätze und Aspekte zur Gestaltung eines Hybridantriebs in der DE 10 2013 112 388 A1 (Anmelderin: hofer forschungs- und entwicklungs GmbH; Anmeldetag: 11.11.2013) angesprochen. Das Dokument beschreibt einen Hybridantrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine und verschiedenen Elektromaschinen, wobei die Verbrennungskraftmaschine durch eine Klauenkupplung auf ein nachfolgendes Getriebe aufschaltbar ist. Ein Leistungsfluss ist mithilfe eines Planetengetriebes steuerbar. Das Getriebe lässt sich in zwei unterschiedliche Teilgetriebe aufteilen.
• Wie bereits zuvor angesprochen, lässt sich eine äußerst interessante Lösung eines Lastschaltgetriebes und einer Hybridanordnung mit Leistungsverzweigung den Ausführungsbeispielen der DE 10 2010 052 262 B4 (Patentinhaberin: Hofer-PDC GmbH; Anmeldetag: 23.11.2010) entnehmen. In einigen der Ausführungsbeispiele sind Anordnungen von Komponenten eines Antriebsstrangs gezeigt, bei denen mit zwei Elektromaschinen, die einem Stirnradgetriebe vorgeschaltet sind, unterschiedlichste Konfigurationen der Betriebsweise möglich sind.
• Ein kompakter Aufbau dieses Antriebsstrangs wird u. a. dadurch ermöglicht, dass die zumindest zwei Elektromaschinen nebeneinander oder sogar ineinander verschachtelt angeordnet sind, von denen abtriebsseitig ein Stirnradgetriebe mit einer Vorgelegewelle kraftschlussmäßig wegführt.
• Die Beschreibung und Darstellung der dazugehörigen Patentanmeldung mit dem Veröffentlichungsaktenzeichen DE 10 2010 052 262 A1 soll anstelle einer vollumfänglichen Wiedergabe der Beschreibung jenes Patents an dieser Stelle inkorporiert werden, um die prinzipielle Anordnung und die Gestaltungsvarianten zu vorliegender Erfindung zu erläutern.
• Aufgabenstellung
• Mitarbeiter der Patentinhaberin der DE 10 2010 052 262 B4 stellten sich die Frage, ob das zukunftsweisende Konzept der DE 10 2010 052 262 B4 Potential der Verbesserung aufweisen könnte. Ein solches Potential könnte in der Schaffung einer noch größeren Flexibilität liegen. Bauraumerfordernisse sind bei der Umsetzung des Konzepts der DE 10 2010 052 262 B4 als Antriebsstrang für ein konkretes Kraftfahrzeug zu beachten. Auch solche Anforderungen führen dazu, dass die erfinderische Lehre der DE 10 2010 052 262 B4 eine Anpassung erfordern könnte.
• Es stellt sich also die Frage, wie kann die Lehre der DE 10 2010 052 262 B4 angepasst werden, um eventuell sogar einen noch besser geeigneten Antriebsstrang zu schaffen.
• Erfindungsbeschreibung
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Klauenschaltelement, insbesondere für einen Hybridantrieb, nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
• Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Ausgestaltung eines Hybridantriebs bzw. einem Antriebsstrang, der mit verschiedenen Antriebsmotoren, vorzugsweise unterschiedlicher Energietypen, ausgestattet ist. Ein solcher Hybridantrieb schafft die Möglichkeit, verschiedene Antriebsenergieträger zu nutzen. So kann z. B. ein Diesel-Elektro-Hybrid dank der vorliegenden Erfindung genauso ausgestaltet werden wie ein Autogas-Elektro-Hybridantrieb.
• Die verschiedenen Antriebsquellen bzw. Antriebsmotoren sind über ein Getriebe miteinander verbunden. Das Getriebe mit seinen Schaltstellungen und Schaltvarianten ermöglicht es, den einen oder den anderen Antriebsmotor alleine oder auch in Kombination mit anderen Antriebsmotoren drehmomentmäßig direkt oder indirekt bzw. unmittelbar oder übersetzt auf die Abtriebsstraßenräder zu bringen.
• Das Getriebe bietet die Möglichkeit, den Leistungsfluss durch das Getriebe zu verzweigen. Das bedeutet, nicht die gesamte Eingangsleistung aus einem Motor muss auf die Räder in allen Betriebszuständen übertragen werden, selbst wenn eine Durchschaltung auf die Räder vorliegt, sondern es kann auch zumindest ein Teil der Leistung aus dem Antriebsstrang ausgekoppelt werden und z. B. in Elektropuffern wie Akkumulatoren mit vorzugsweise Schnellladefähigkeiten (zwischen-)gespeichert werden. Die Leistung des Antriebsstrangs wird also in dem Getriebe verzweigt und ggf. an zwei oder drei verschiedene Maschinen oder Abtriebe ausgebracht.
• Das Getriebe ist vorteilhafterweise auch lastschaltbar. Selbst unter Last können Schaltwechsel durchgeführt werden. Idealerweise findet keine Zugkraftunterbrechung aufgrund eines Schaltvorgangs statt.
• Das Getriebe ist zumindest in einem funktionellen Sinne in Teilgetriebe unterteilt. Wird das Getriebe blockmäßig in Teilgetriebe unterteilt, bieten sich günstige Trenn- und Designlinien an. Ein schaltbares Getriebe ist das kraftfluss- und/oder momentenflussmäßig nachgeschaltete bzw. abtriebsseitig nähere Getriebe. Dies kann als zweites Teilgetriebe bezeichnet werden. Ein solches Getriebe kann z. B. ein Stirnradnebenwellengetriebe sein. Das Teilgetriebe hat eine gewisse Anzahl miteinander kämmender Stirnräder, vorzugsweise je zwei miteinander kämmende Stirnräder, die über Klauenmuffen kraftflussmäßig an eine ein Losrad tragende Welle oder an eine sonstige Verbindungswelle gekoppelt werden können. Neben einer Hauptwelle, die auch als Zentralwelle bezeichnet werden kann, gibt es zumindest eine Nebenwelle, eventuell auch mehrere Nebenwellen wie z. B. zwei Neben- bzw. Vorgelegewellen.
• Von der Verbrennungskraftmaschine kommend vorgeordnet vor dem zweiten Teilgetriebe ist das erste Teilgetriebe, das ein Leistungsverzweigungsgetriebe ist. Die Kombination der beiden Teilgetriebe bietet zumindest eine Schaltstellung der Schaltelemente, in der der Kraftfluss von dem ersten Teilgetriebe in das zweite Teilgetriebe gelangt. Zumindest in dieser Schaltstellung ist das vorgeordnete Leistungsverzweigungsgetriebe ein Getriebe, das zumindest einen Teil der eingeleiteten Leistung an das Stirnradnebenwellengetriebe weiterleitet.
• Leistungsverzweigungsgetriebe lassen sich in vielerlei Gestalt realisieren. Eine Möglichkeit besteht darin, Hydrostaten einzusetzen. Mechanisch besonders zuverlässig und kompakt sind Differentialgetriebe in Planetengetriebebauweise. Das Räderumlaufgetriebe arbeitet mit Differentialgeschwindigkeiten.
• Werden Drehmomente und/oder Leistungen über zwei Rotationskörper des Differentialgetriebes eingeleitet, so kann mithilfe eines Abtriebs, der an einem weiteren Element des Differentialgetriebes angeschlossen ist, eine Differenzgeschwindigkeit, eine Differenzleistung oder ein Differenzdrehmoment abgeleitet werden.
• Der Hybridantrieb kann seine Antriebsleistung aus drei verschiedenen Antriebsmotoren beziehen. Je nach Schaltkupplung zwischen den Teilgetrieben kann an unterschiedlichen Stellen des Differentialgetriebes ein Drehmoment und/oder eine Leistung eingeleitet werden. Die Flussrichtungen für Drehmoment und/oder Leistung durch das Getriebe variieren in Abhängigkeit von Verbindungen zwischen den Teilgetrieben und den Betriebszuständen der Kraftmaschinen. Zwei der Kraftmaschinen, von denen wenigstens eine, vorzugsweise beide, sowohl als Antriebsmotor als auch als elektrischer Generator betrieben werden können, sind drehbar und/oder rotationsfest mit einer Welle der wenigstens zwei Wellen umfassenden Zentralwelle in Verbindung. Mittelbar oder unmittelbar besteht eine Kopplung zwischen der Abtriebs- und/oder Antriebswelle der einen Kraftmaschine mit der einen Welle und der anderen Kraftmaschine mit der anderen Welle. Die beiden Wellen laufen koaxial in die gleiche Richtung, d. h. in das Innere des Stirnradnebenwellengetriebes.
• An der Übergangsstelle zwischen den beiden Teilgetrieben befindet sich ein Klauenschaltelement. Das Klauenschaltelement kann verschiedene Schaltstellungen des Getriebes erzeugen. Mithilfe des Klauenschaltelements werden die beiden Teilgetriebe in unterschiedlicher Art und Weise miteinander verbunden. Das Klauenschaltelement sollte wenigstens zwei unterschiedliche Schaltstellungen aufweisen, in denen eine Kraftflussverbindung über das Klauenschaltelement hergestellt wird. Besonders kompakt wird die Anbindung der beiden Teilgetriebe untereinander, wenn das Klauenschaltelement mehr als zwei Schaltstellungen aufweist, z. B. drei oder vier Schaltstellungen. Eine Kraftflussverbindung wird zwischen einem der Rotationskörper des Leistungsverzweigungsgetriebes in einer Schaltstellung des Klauenschaltelements hergestellt mit einer der Wellen des zweiten Teilgetriebes, z. B. des Stirnradnebenwellengetriebes. Eine der Schaltstellungen stellt eine Kraftflussverbindung zwischen dem Sonnenrad des Leistungsverzweigungsgetriebes und der äußeren Welle dar.
• Setzt sich das Getriebe aus zwei Teilgetrieben zusammen, die mechanisch in unterschiedlichen Arten und Weisen an- und abgekoppelt werden können bzw. Teile aus den Getrieben miteinander, so können unterschiedlichste Schaltstellungen erreicht werden, d. h. ein Wechsel von einer Schaltstellung in die nächste Schaltstellung kann infolge eines Schaltablaufes erreicht werden. Ein Verfahren zum Betrieb des Hybridantriebs basiert darauf, dass zwischen Schaltstellungen im Rahmen von Schaltabläufen gewechselt werden kann. Das Leistungsverzweigungsgetriebe kann z. B. ein solches Planetengetriebe sein, das verblockbar ist. Das zweite Teilgetriebe zeichnet sich u. a. durch seine Lastschaltbarkeit aus. Das Klauenschaltelement ist vorteilhafterweise muffenartig ausgestaltet und lässt sich vorzugsweise entlang der Achsen der beiden Wellen bewegen. Die Klauenmuffe als Teil des Klauenschaltelements kann wenigstens zwei Schaltstellungen einnehmen zwischen einem abtreibenden Rotationskörper des Leistungsverzweigungsgetriebes und wenigstens einer der Wellen der ineinander verlaufenden Doppelwelle, der koaxialen Zentralwelle. Durch eine Schub- oder Schiebebewegung kann z. B. so eine Klauenmuffe wechselweise geschaltet werden.
• Das Klauenschaltelement, das besonders gut geeignet ist für den Einsatz in einem Hybridantrieb, kann z. B. an der Stelle in dem Getriebe eines hybridisierten Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, der die Übergangsstelle zwischen einem ersten Teilgetriebe und einem zweiten Teilgetriebe darstellt. Für den Fahrkomfort wichtig ist ein möglichst synchronisiertes Ein- und Auskuppeln zur Herstellung und zur Unterbrechung von Kraft- und/oder Drehmomentflüssen.
• Eine Komponente des Klauenschaltelements ist wenigstens eine erste Schiebemuffe. Die Schiebemuffe umfasst wenigstens zwei Verzahnungen, z. B. in der Form eines Zahnkranzes. Durch die Verzahnung mit einer Gegenverzahnung ist ein Einspuren zweier rotierender Teile möglich. Die Verzahnungen befinden sich an unterschiedlichen Stellen auf Oberflächen der Schiebemuffe. Die Schiebemuffe ist hülsenartig. An der Hülse befinden sich an verschiedenen Stellen Verzahnungen, z. B. ganze Zahnkränze.
• Die Stirnseite der Zähne, die Seite, die einen Betrachter anschaut, wenn der Betrachter seitlich in die Hülse der Schiebemuffe hineinschaut, kann als Dach bezeichnet werden.
• Obwohl die Zähne an jener Seite glatt und insbesondere ungewinkelt sind, ist eine Synchronisierung von Rotationskörpern der Teilgetriebe, die über das Klauenschaltelement gekoppelt werden, möglich.
• Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln aus auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.
• Die Rotationskörper, die den Teilgetrieben zugerechnet werden können, stellen Gegenelemente für die (jeweilige) Schiebemuffe, genauer für die Verzahnungen der Schiebemuffen dar.
• Auf der Schiebemuffe sind Schaltstellungen dadurch ausgebildet, dass sich Zahnpositionen entlang der Oberfläche befinden. Zwischen einzelnen Zahnpositionen, insbesondere Zahnkränzen, gibt es Freiflächen, die auch als Freistiche bezeichnet werden können.
• Die Bewegung der Schiebemuffen kann über eine Führung ausgeübt werden, zu der eine Schaltwalze gehört.
• Mehrere Schiebemuffen können zu einem Klauenschaltelement zusammengefasst werden.
• Die Schiebemuffen und auch noch weitere Teile der Klauenschaltelemente können aus Blech hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schiebemuffen blechumgeformte Körper sind, die aus Flachblechen hergestellt sind.
• Ein Gangspringen wird z. B. dadurch vermieden, dass neben den Verzahnungen noch weitere Arretierungen wie z. B. laterale Verzahnungen vorgesehen sind.
• Zur leichteren Einordnung der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend noch weitere Aspekte vorgestellt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist in dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb als eine weitere Antriebsmaschine eine Verbrennungskraftmaschine vorhanden.
• Vorzugsweise ist kraftflussmäßig und/oder momentenflussmäßig wenigstens eine der beiden Kraftmaschinen zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem schaltbaren Getriebe angeordnet. Besonders bevorzugt ist deren Einkupplung in den Kraft- und/oder Momentfluss.
• Bevorzugt wird eine Drehrichtungsumkehr im Vergleich mit einem Drehsinn einer aus der Verbrennungskraftmaschine herausführenden Welle dadurch ermöglicht, dass die zweite Kraftmaschine einen Vorwärts- und einen Rückwärtslauf zur Verfügung stellt. Dabei kann elektrische Energie zum Antrieb der zweiten Kraftmaschine aus einem Generatorbetrieb der ersten Kraftmaschine, die von einer von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Welle gedreht wird, bezogen werden.
• Das Differentialgetriebe kann eine Schaltstellung einer Drehrichtungsumkehr einnehmen, wodurch eine Drehrichtung einer von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Welle umgekehrt werden kann.
• Bevorzugt kann das Klauenschaltelement ein Kopplungsglied zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe sein. Hierdurch ist zumindest in einer Schaltstellung eine Kraft- und/oder Momentflussstrecke von dem ersten Teilgetriebe auf das zweite Teilgetriebe herstellbar.
• Bei einer weiteren Ausführung des Hybridantriebs ist die zweite Kraftmaschine an einer äußeren Welle der koaxialen Zentralwelle angebunden bzw. (zumindest indirekt) angebracht.
• Die erste Kraftmaschine ist dagegen bevorzugt an einem Hohlrad des Differentialgetriebes angelängt.
• Das Leistungsverzweigungsgetriebe kann ein zweistufiges Planetengetriebe sein, dessen Kraftflussrichtung vorzugsweise von dem Hohlrad über Planeten auf das Sonnenrad verläuft. Das Sonnenrad kann mit Hilfe des Klauenschaltelements an die Zentralwelle an- und abgekuppelt werden.
• Bei dem eingesetzten Planetengetriebe kann die Kraft auch in Richtung von dem Hohlrad über Planeten auf Planetenträger fließen.
• In einer weiteren Ausführung des Hybridantriebs kann das Klauenschaltelement so geschaltet werden, d. h. in solch eine Schaltstellung gebracht werden, in der ein Blockumlauf des Leistungsverzweigungsgetriebes, insbesondere des Differentialgetriebes, hergestellt ist.
• Mit dem Klauenschaltelement ist eine wechselweise Aufschaltung eines abtreibenden Rotationskörpers des Leistungsverzweigungsgetriebes möglich. Der abtreibende Rotationskörper kann insbesondere Teil eines Planetengetriebes sein. Bevorzugt ist eine Komponente des Klauenschaltelements längsverschieblich, wobei vorzugsweise eine Muffe des Klauenschaltelements in Längsrichtung verschieblich gelagert ist.
• Als schaltbares Getriebe, insbesondere als Stirnradnebenwellengetriebe, ist ein wenigstens zwei, vorzugsweise drei oder vier Klauenschaltelemente umfassendes Windungsgetriebe einsetzbar. In dem Getriebe liegt insbesondere die äußere Welle der Zentralwelle als zweiteilige Welle vor, wobei zumindest eine von zwei Teilwellen durch ein Klauenschaltelement schaltbar ist.
• Das schaltbare Getriebe, insbesondere das Stirnradnebenwellengetriebe, kann solche Zahnradpaarungen aufweisen, die geometrische Stufungen in den Verhältnissen zwischen den Gängen schaffen.
• In dem Hybridantrieb kann ein Klauenverbinder vorgesehen sein, der insbesondere Teil des Klauenschaltelements ist, welcher vier Schaltstellungen hat. Von diesen vier Schaltstellungen bewirkt insbesondere eine erste Schaltstellung eine Verblockung des Leistungsverzweigungsgetriebes, welches insbesondere ein Planetengetriebe ist. Eine zweite Schaltstellung bewirkt, vorzugsweise in einer Neutralstellung, einen ausschließlich elektrischen Antriebsmodus. Eine dritte Schaltstellung bewirkt einen kombinatorischen Antrieb durch die Verbrennungskraftmaschine und wenigstens eine der Kraftmaschinen. Schließlich bewirkt vorzugsweise eine vierte Schaltstellung eine Drehrichtungsumkehr eines Abtriebszahnrads des Stirnradnebenwellengetriebes.
• In einer Ausführung des Hybridantriebs können beide Kraftmaschinen nebeneinander liegen, vorzugsweise in einer Wandler- und/oder Kupplungsglocke angeordnet, und sich zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem schaltbaren Getriebe befinden.
• In einer bevorzugten Ausführung eines Schaltablaufs können Innen- und/oder Außenverzahnungen, insbesondere in der Form eines Zahnkranzes, an der Klauenmuffe durch eine Längsbewegung nacheinander mit Rotationskörpern des Leistungsverzweigungsgetriebes und/oder des schaltbaren Getriebes in Eingriff gebracht werden, sodass von einer ersten Betriebsart des Hybridantriebs in eine zweite Betriebsart des Hybridantriebs gewechselt werden kann.
• Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.
• Figurenkurzbeschreibung
• Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
• 1 eine erste Ausführungsform eines Antriebs bzw. eines Antriebsstrangs in schematischer Darstellung mit üblichen, von Getriebekonstrukteuren verwendeten Symbolen zeigt,
• 2 eine zweite Ausführungsform eines Antriebs bzw. Antriebsstrangs in schematischer Darstellung zeigt, die ähnlich zu 1 ist,
• 3 eine dritte Ausgestaltungsform eines Antriebs zeigt, die ähnlich zu den 1 und 2 ist,
• 4 eine vierte Ausgestaltungsform eines Antriebs bzw. Antriebsstrangs zeigt, die den 1 bis 3 funktionell ähnelt,
• 5 eine weitere Ausgestaltung eines geeigneten Schaltelements, ähnlich zu den Schaltelementen in den 1 und 4, offenbart,
• 6 eine geeignete Schiebemuffe als Teil des Schaltelements, z. B. nach 5, zeigt, und
• 7 eine Baugruppe mit mehreren Schiebemuffen und mehreren, die Schiebemuffen steuernden Elementen zeigt.
• Figurenbeschreibung
• 1 zeigt mit Symbolen, die Getriebeentwicklern geläufig sind, einen ersten Antrieb 1. Der Antrieb 1 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 3 als erste Antriebsquelle. Darüber hinaus hat der Antrieb 1 eine erste Elektromaschine 5 und eine zweite Elektromaschine 7. Die beiden Elektromaschinen 5, 7 stellen ebenfalls Antriebsquellen bzw. Kraft- und Drehmomentmaschinen dar. Aufgrund der unterschiedlichen Antriebsmaschinen, die aber auch im Falle der Elektromaschinen 5, 7 als Generatoren betrieben werden können, wird der Antrieb 1 als Hybridantrieb bezeichnet.
• Die Antriebsmaschinen wie die Verbrennungskraftmaschine 3 und die Elektromaschinen 5, 7 sind über das Getriebe 9 miteinander verbunden. Das Getriebe 9 ermöglicht es, dass die einzelnen Antriebsmaschinen rotieren können. Die Rotation einer Antriebsmaschine kann sich – je nach Schaltstellung des Getriebes 9 – auf die anderen Antriebsmaschinen auswirken.
• Das Getriebe 9 lässt sich wenigstens im funktionellen Sinne in zwei Teilgetriebe 11, 13 unterteilen. Das erste Teilgetriebe 11 kann die Aufgabe eines Leistungsverzweigungsgetriebes 15 übernehmen. Dazu ist das erste Teilgetriebe 11 als Differentialgetriebe 17 ausgebildet. So wie in 1 dargestellt, lässt sich ein Differentialgetriebe 17 günstig durch ein Planetengetriebe 19 realisieren.
• Das zweite Teilgetriebe 13 ist ein Stirnradnebenwellengetriebe 23. In dem Stirnradnebenwellengetriebe 23 gibt es einzelne Stirnräder, die zu Zahnradpaarungen 81, 83, 85 zusammengesetzt sind. Eines der Stirnräder einer Zahnradpaarung lagert, insbesondere als Losrad, auf einer Nebenwelle. Die Nebenwelle ist zugleich Abtriebselement 91, d. h. die Nebenwelle ist die Abtriebswelle. Das Stirnradnebenwellengetriebe 23 zentert um die Zentralwelle 25. Die Zentralwelle 25 umfasst die äußere Welle 27 und die innere Welle 29. Die äußere Welle 27 und die innere Welle 29 sind – zumindest in einem Teil – koaxial verlaufende Wellen 27, 29, die zusammen die doppelt ausgeführte Zentralwelle 25 bilden.
• In dem Stirnradnebenwellengetriebe 23 gibt es Schaltelemente, wie das zweite Schaltelement 35, das dritte Schaltelement 37 und das vierte Schaltelement 39. Die Schaltelemente 33, 35, 37, 39 sind als Klauenschaltelemente mit Zahnungen bzw. Zahnringen auf einer Innenseite oder einer Außenseite der muffenartigen bzw. hülsenartigen, insbesondere länglichen Form ausgestaltet. Für die Schaltelemente 33, 35, 37, 39 gibt es Gegenzahnungen 41, 43, 45, 47, 49, 51, 53, 55, 57 an den zu dem jeweiligen Schaltelement 33, 35, 37, 39 korrespondierenden Bauteil.
• Das erste Teilgetriebe 11 und das zweite Teilgetriebe 13 sind unter einem Gehäuse angeordnet, das als Wandlerglocke 59 beschrieben werden kann.
• Das erste Teilgetriebe 11 hat einen ersten Rotationskörper 31 und einen zweiten Rotationskörper 61. Die Kraft F bzw. der gerichtete Kraftfluss F → (F_Vektor) wird in einem Antriebsmodus von der Verbrennungskraftmaschine 3 auf den ersten Rotationskörper 31 geführt, um von dort über Planeten 69 auf Planetenträgern 65 zu dem zweiten Rotationskörper 61 zu gelangen. Im Falle einer Leistungsverzweigung erfolgt der Abtrieb über den Rotationskörper 61 genauso wie über den Planetenträger 65. Die Verbrennungskraftmaschine 3 ist über eine Motorwelle 93 mit dem Hohlrad 63 des Planetengetriebes 19 mechanisch fest gekoppelt. Das Planetengetriebe 19 ist ein Planetengetriebe, das zwei unterschiedliche Radsatzpaarungen hat. Das Hohlrad 63 kämmt mit den Zähnen eines ersten Planetensatzes 71. Die Zähne des ersten Planetensatzes 71 kämmen mit den Zähnen der Zahnräder eines zweiten Planetensatzes 73. Ein derartiges Planetengetriebe 19 kann auch als zweistufiges Planetengetriebe oder als zweifaches Planetengetriebe bezeichnet werden. Über die einzelnen Planetensatzstufen des ersten Planetensatzes 71 und des zweiten Planetensatzes 73 kann ein Drehmoment von dem Hohlrad 63 zu dem hohlen Sonnenrad 77 gelangen. Genauso kann ein Drehmoment über den Planetenträger 65 ausgeleitet werden.
• Aufgrund des Klauenverbinders 89, der vier Schaltstufen I bis IV aufweist, von denen die zweite Schaltstufe II in 1 zu sehen ist, können die unterschiedlichen Antriebsquellen über das Planetengetriebe 19 durchgeschaltet werden.
• 
• Die Verbrennungskraftmaschine 3 dreht über die Motorwelle 93 und ihren Anschluss an das Hohlrad 63 dieses unmittelbar und übersetzungsfrei. Die erste Elektromaschine 5 ist mechanisch fest mit dem Planetenträger 65 verbunden. Der Planetenträger 65 mündet in die innere Welle 29. Die erste Elektromaschine 5 kann so unmittelbar und direkt die innere Welle 29 antreiben. Die äußere Welle 27, die tatsächlich eine in zwei Teile unterteilte äußere Welle ist, steht in unmittelbarer Verbindung mit der zweiten Elektromaschine 7. Der Klauenverbinder 89 kann je nach Schaltstellung Verbindungen zwischen den Antriebsmaschinen und den mit diesen verbundenen Komponenten des Differentialgetriebes 17 herstellen.
• In der in 1 dargestellten Schaltstellung II befindet sich der Schaltmuffenteil des Klauenverbinders 89 nur mit dem Sonnenrad 77 im Eingriff. Es existiert keine Verbindung zwischen dem Planetenträger 65 bzw. der inneren Welle 29 und sonstigen Gegenzahnungen 43, 45, 47 des Klauenverbinders 89. Das Sonnenrad 77 ist frei drehbar. Die Getriebeübersetzung des Getriebes 9 ergibt sich aus der gewählten Zahnradpaarung 81, 83, 85 in dem zweiten Teilgetriebe 13. Der Antrieb 1 befindet sich in einem rein elektromotorischen Antriebszustand.
• Wandert die Schiebemuffe des Klauenverbinders 89 in die linke Stellung, also in die Schaltstellung I, z. B. aus der Schaltstellung II, ergibt sich eine Verbindung zwischen dem Sonnenrad 77 und der inneren Welle 29. Die Verbrennungskraftmaschine 3 befindet sich in einer Verbindung X mit der ersten Elektromaschine 5. Es bietet sich die Möglichkeit, z. B. einen seriellen Hybridantrieb zu realisieren. Bei diesem seriellen Hybridantrieb treibt die Verbrennungskraftmaschine 3 die erste Elektromaschine 5 an. Die Elektromaschine 5 kann sich in einem generatorischen Betrieb befinden. Die erzeugte elektrische Energie kann – ggf. gepuffert über einen elektrochemischen Speicher – zum Antrieb der zweiten Elektromaschine 7 genutzt werden.
• Wird die Schiebemuffe des Klauenverbinders 89 in die rechts benachbarte Stellung zu der Schaltstellung II verschoben, also in die Schaltstellung III, so befindet sich das Sonnenrad 77 über den Klauenverbinder 89 mit der äußeren Welle 27, also der Hohlwelle in einer drehfesten Verbindung. Das Planetengetriebe 19 befindet sich in einem unverblockten Zustand. Der Antrieb 1 kann in einem leistungsverzweigten Gang betrieben werden. Es kann auch leistungsverzweigt angefahren werden.
• Wird die Schiebemuffe des Klauenverbinders 89 in die wiederum zur ersten rechts benachbarten Stellung (Schaltstellung III) weitere Schaltstellung IV verbracht, so schafft der Klauenverbinder 89 eine Verbindung zwischen der äußeren Welle 27 und der inneren Welle 29. Über die Verbindung zur inneren Welle 29 dreht der Planetenträger 65 mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad 77. Es liegt ein Blockumlauf des Planetengetriebes 19 vor. Zur Übersetzung stehen nur noch die Schaltstufen des zweiten Teilgetriebes 13 zur Verfügung. Das Stirnradnebenwellengetriebe 23 bestimmt mit seinen Übersetzungsstufen die möglichen Gangübersetzungen des Getriebes 9.
• Das Stirnradnebenwellengetriebe 23 hat drei Zahnradpaarungen 81, 83, 85. Die Zahnradpaarungen können so gestaltet werden, dass die erste Zahnradpaarung 81 für die unmittelbare Übersetzung in den dritten Gang ausgelegt ist (G3). Die zweite Zahnradpaarung 83 ist für die unmittelbare Übersetzung in den fünften Gang (G5) ausgelegt. Die dritte Zahnradpaarung 85 ist für die unmittelbare Übersetzung in den siebten Gang (G7) ausgelegt. Durch eine Windung des Kraft- bzw. Momentflusses über die Zahnradpaarung zuerst der zweiten Zahnradpaarung 83, anschließend über die dritte Zahnradpaarung 85 und abschließend über die erste Zahnradpaarung 81 kann ein Übersetzungsverhältnis für einen ersten Gang (G1) erreicht werden. Es wird von der Zentralwelle 25 („weg”-)gewunden, um anschließend wieder auf die Zentralwelle 25, genauer die äußere Welle 27 („zurück”-)zuwinden.
• Wie sich aus der Beschreibung der 1 ergibt, können alle möglichen Kombinationen mit den vier Schaltelementen 31, 33, 35, 37, 39 eingestellt werden. 1 zeigt einen Hybridantrieb 1, der mit nur drei Zahnradpaarungen in dem Stirnradnebenwellengetriebe 23 auskommend sieben Gänge sowohl in Vorwärtsrichtung als auch wahlweise in Rückwärtsrichtung anbietet.
• 2 zeigt einen Hybridantrieb 101, der aufgrund seines Arrangements der Verbrennungskraftmaschine 103, der ersten Elektromaschine 105 und der zweiten Elektromaschine 107 besonders kurz baut, jedoch etwas breiter. Der Kern des Getriebes 109 entspricht im Wesentlichen dem Kern des Getriebes 9 (s. 1).
• Daher sind ganze Passagen der Beschreibung zu 1 vollständig auf die 2 dadurch zu übertragen, dass die in 1 verwendeten Bezugszeichen um 100 erhöht auf 2 übertragen werden.
• Die Verbrennungskraftmaschine 103 liegt fluchtend zur Zentralwelle 125. Zwischen Verbrennungskraftmaschine 103 und Zentralwelle 125 ist das Planetengetriebe 119 zwischengeschaltet. Das von der Verbrennungskraftmaschine 103 über ihre Motorwelle 193 in das Planetengetriebe 119 eingeleitete Drehmoment folgt der Kraftflussrichtung F → (F_Vektor) . Das Drehmoment der Motorwelle 193 wird auf den ersten Rotationskörper 131 geführt. Der erste Rotationskörper 131 des ersten Teilgetriebes 111 ist ein Hohlrad 163. Außerhalb des Hohlrades 163 ist die Statorwicklung der ersten Elektromaschine 105 angeordnet. Die Statorwicklung der ersten Elektromaschine 105 kann im motorischen Betrieb einen Rotor antreiben, der in einen Planetenträger 165 übergeht. Zur Achse hin, auf der die Zentralwelle 125 und die Motorwelle 193 verlaufen, also in Nachbarschaft zu einer inneren Welle 129 befindet sich ein zweiter Rotationskörper 161, der als Sonnenrad 177 ausgestaltet ist. Zwischen dem Hohlrad 163 und dem Sonnenrad 177 sind Planeten 169 zur Kraft- und/oder Drehmomentübertragung sowie zur Summation oder Differentiation von Rotationsgeschwindigkeiten vorhanden. Die Planeten 169 lagern auf den Planetenträgern 165.
• Das kompakte Arrangement des Hybridantriebs 101 ermöglicht die Platzierung sämtlicher Komponenten wie die Verbrennungskraftmaschine 103, die Elektromaschine 105, die Elektromaschine 107, das Getriebe 109 mit seinen beiden Teilgetrieben 111, 113 und den Elementen der inneren Schaltung wie den Schaltelementen 133, 135, 137, 138 innerhalb eines sich insgesamt bildenden Gehäuses, insbesondere in der Form einer Wandlerglocke 159. Die Komponenten des Getriebes 109, also die Komponenten des ersten Teilgetriebes 111 und die Komponenten des zweiten Teilgetriebes 113, werden von den Antriebsmaschinen Verbrennungskraftmaschine 103, Elektromaschine 105 und Elektromaschine 107 eingefasst, sodass die Wandlerglocke 159 durch die zusammengefügten Gehäuse der Antriebsmaschinen gebildet werden kann.
• Das zweite Teilgetriebe 113 ist ein Stirnradnebenwellengetriebe 123, das dem Leistungsverzweigungsgetriebe 115 nachgeschaltet ist. Das Stirnradnebenwellengetriebe 123 arrangiert sich um die die Zentralwelle 125 herum. Die Zentralwelle 125 setzt sich aus einer äußeren Welle 127 und einer inneren Welle 129 zusammen.
• Ein Klauenverbinder 189 schafft in Abhängigkeit seiner Schaltstellungen I, II, III, IV Verbindungen zwischen dem ersten Teilgetriebe 111 und dem zweiten Teilgetriebe 113. Mithilfe von Zahnradpaarungen 181, 183, 185, 187 können die Übersetzungen und damit die Momente in dem Stirnradnebenwellengetriebe 123 unterschiedlich eingestellt werden, um über das Abtriebselement 191 der Abtriebswelle bzw. Nebenwelle ausgeleitet zu werden.
• Das zweite Schaltelement 135, das dritte Schaltelement 137 und das vierte Schaltelement 138 haben jeweils drei Schaltstellungen, die erste Schaltstellung I^I, I^II, I^III, die zweite Schaltstellung II^I, II^II, II^III und die dritte Schaltstellung I^I, II^II, III^III. Das zweite Schaltelement 135 kann wechselweise die eine Hälfte der äußeren Welle 127 (z. B. linke Teilwelle oder linke Halbwelle) mit der inneren Welle 129 oder die andere Hälfte der äußeren Welle 127 (z. B. rechte Teilwelle oder linke Halbwelle) mit der inneren Welle 129 verbinden, z. B. über eine Festradgegenverzahnung. Gleichermaßen bieten das dritte Schaltelement 137 und das vierte Schaltelement 139 Kopplungsmöglichkeiten in den Schaltstellungen, die von den Neutralstellungen abweichen zwischen einer äußeren Vorgelegewelle und einer inneren Vorgelegewelle, die zugleich das Abtriebselement 191 ist.
• Die zweite Elektromaschine 107 ist eine Elektromaschine, die mit einem kleineren Drehmoment operiert als die Elektromaschine 7 (s. 1). Die Elektromaschine 107 ist eine schnelldrehende Elektromaschine, d. h., es ist eine Elektromaschine, die mit mehr als 10.000 Umdrehungen/Minute drehen kann. Diese Auslegung lässt sich mithilfe eines Übersetzungsgetriebes kompensieren. Das Drehmoment, das aus der Elektromaschine 107 in das Getriebe 109 eingebracht werden soll, gelangt über wenigstens eine Zahnradpaarung 187 auf die Zentralwelle 125, genauer auf die äußere Welle 127 der Zentralwelle 125.
• 3 zeigt einen Hybridantrieb 201. Der Hybridantrieb 201 ähnelt in Bezug auf viele Komponenten den Hybridantrieben 1, 101 nach den 1 und 2. Kopfseits ist eine Verbrennungskraftmaschine 203 angeordnet, die ihre Antriebsleistung auf den Rotationskörper 231, der ein Hohlrad ist, einleiten kann. Die beiden Elektromaschinen 205, 207 leiten ihre Drehmomente ebenfalls an jenem Ende der Zentralwelle 225 ein, das benachbart zur Verbrennungskraftmaschine 203 angeordnet ist. Es handelt sich hierbei um jenes Ende der Zentralwelle 225, das das nächstgelegene Ende der Zentralwelle 225 zur Verbrennungskraftmaschine 203 ist. Die Elektromaschinen 205, 207 stehen in Verbindung mit jeweils einer Welle 227, 229 der Zentralwelle 225.
• Das Getriebe 209 setzt sich aus dem ersten Teilgetriebe 211 und dem zweiten Teilgetriebe 213 zusammen. Die beiden Teilgetriebe 211, 213 machen das (Gesamt-)getriebe 209 aus. Das erste Teilgetriebe 211 ist das Leistungsverzweigungsgetriebe 215. Das zweite Teilgetriebe 213 ist ein Stirnradnebenwellengetriebe 223. Das Leistungsverzweigungsgetriebe 215 unterscheidet sich von dem Leistungsverzweigungsgetriebe 15 insoweit, als es zwei Sonnenräder 277, 279 aufweist. Der Radsatz des Leistungsverzweigungsgetriebes 215 ist um eine zweite Sonne, dem zweiten Sonnenrad 279, erweitert, die mit den Planeten 269, 269 ^I der ersten Stufe in Eingriff ist. Damit ergibt sich ein vollwertiger mechanischer Rückwärtsgang durch das Leistungsverzweigungsgetriebe 215.
• Der Hybridantrieb 201, genauer das Getriebe 209 bietet ebenfalls vier Schaltstellungen I, II, III, IV. Im Inneren der Sonnenräder 277, 279 ist der Klauenverbinder 289 angeordnet, der durch ein Verschieben zwischen den Schaltstellungen I, II, III, IV wechseln kann. Das Muffenteil des Klauenverbinders 289 ist dafür bestimmt, permanent im Eingriff mit der dritten Gegenzahnung 245 zu stehen, die auf der Innenseite der äußeren Welle 227 angeordnet ist. Weitere Verzahnungen als Gegenzahnungen 241, 243 befinden sich an den Sonnenrädern 277, 279. Der Teil des Klauenverbinders 289, der die Schiebemuffe ist, soll sich also immer im Eingriff mit der äußeren Welle 227 befinden. Durch ein axiales Verschieben kann ein wahrweiser Eingriff mit einer Sonne, einem Sonnenrad 277 oder 279, mit beiden Sonnenrädern 277, 279 oder mit keinem der Sonnenräder 277, 279 hergestellt werden.
• In der neutralen Schaltstellung befindet sich der Klauenverbinder in einer solchen Stellung, dass nur ein Eingriff mit der Gegenzahnung 245 erfolgt ist. Hierdurch wird ein rein elektrischer Antrieb dank der Elektromaschine 205, 207 ermöglicht. Wird der Klauenverbinder 289 in eine solche Stellung gebracht, dass das erste Sonnenrad 277 über die Gegenzahnung 241 im Eingriff mit dem Klauenverbinder 289 steht, während der Klauenverbinder 289 über die Gegenzahnung 245 mit der äußeren Welle 227 in Verbindung steht, ist leistungsverzweigtes Fahren möglich. Werden die Gegenzahnungen erste Gegenzahnung 241 und zweite Gegenzahnung 243 über den Klauenverbinder 289 geblockt, so ist ein verblockter Betrieb des Leistungsverzweigungsgetriebes 215 möglich.
• Durch die Zahnradpaarungen 281, 283, 285 bietet das Stirnradnebenwellengetriebe 223 drei Gangübersetzungsstufen, die idealerweise für die Gänge 3 (G3), 5 (G5) und 7 (G7) abgestuft sind. Die übrigen Gänge können als Zwischengänge durch das Leistungsverzweigungsgetriebe 215 realisiert werden. Zusätzlich gibt es noch eine Windungsmöglichkeit durch das Stirnradnebenwellengetriebe 223, damit dieses den ersten Gang (G1) anbietet. Ein Fachmann versteht, dass auch andere geeignete Abstufungen für die Gangübersetzungen gewählt werden können, z. B. zweiter (G2), vierter (G4) und sechster Gang (G6).
• Die zweite Elektromaschine 207 kann Teil des Stirnradnebenwellengetriebes 223 sein, sodass eine Kupplungsglocke 259 über diesen Teil des Getriebes 209 gelegt werden kann.
• 4 zeigt einen Hybridantrieb 301 mit zwei Teilgetrieben 311, 313, die jeweils ein Planetengetriebe 319, 321 haben. Dargestellt in 4 ist auch der zweite Rotationskörper 361 des ersten Teilgetriebes 311, mit dem der Klauenverbinder 389 in Eingriff steht. Die Antriebsmomente werden von den Antriebsmaschinen Verbrennungskraftmaschine 303, erste Elektromaschine 305 und zweite Elektromaschine 307 entweder in das erste Planetengetriebe 319 oder in die äußere Welle 327 der Zentralwelle 325 eingeleitet. Die Übersetzung für das Drehmoment an dem Abtriebselement 391 ergibt sich aus den Schaltstellungen der Schaltelemente 333, 335, 337. Das Schaltelement 333 ist ein Klauenverbinder 389. Der Klauenverbinder 389 entspricht in seinem Aufbau dem Klauenverbinder 89. Die Erläuterungen zu dem ersten Teilgetriebe 11 nach 1 lassen sich auf das Getriebe nach 4 unmittelbar übertragen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei in Bezug auf die Klauenverbinder 389 und das Planetengetriebe 319 auf die Erläuterungen zu dem Klauenverbinder 89 und dem Leistungsverzweigungsgetriebe 15 bzw. Planetengetriebe 19 (jeweils 1) verwiesen.
• Die Zentralwelle 325 teilt sich in äußere Welle 327 und innere Welle 329. Die äußere Welle 327 mündet in das Sonnenrad 378. Die innere Welle 329 mündet in das Sonnenrad 379.
• Die Wirkung der einzelnen Schaltstellungen I, I^I, I^II, II, II^I, II^II, III, III^I, IV für die Schaltelemente 333, 335, 337 ergibt sich aus nachfolgender Tabelle. Die Hohlräder und/oder Planetenträger 365, 367 können dank der Schaltelemente 335, 337 festgesetzt werden und/oder verblockt werden.
• 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Schaltelements 501, das dem Schaltelement 33 (1) bzw. 333 (4) ähnelt. Viele Erläuterungen zu den Schaltelementen 33 und 333 lassen sich somit auf die Darstellung des Schaltelements 501 übertragen. Zu dem Schaltelement 501 gehört die Schiebemuffe 505. Die Schiebemuffe 505 kann vier verschiedene Schaltstellungen I, II, III, IV einnehmen. Die einzelnen Schaltstellungen I, II, III, IV werden durch eine laterale Arretierung gesichert.
• 6 zeigt eine Ausgestaltung einer Schiebemuffe 505 mit drei Zahnkränzen 521, 521 ^I, 521 ^II. Jeder der Zahnkränze 521, 521 ^I, 521 ^II hat Zähne wie den Zahn 523, der ein Dach 525 hat.
• Die Schiebemuffen wie die Schiebemuffen 507, 509 (siehe 7) können über Schaltgabeln 511, 513, 515 bewegt werden. Hierfür werden die Schaltgabeln 511, 513, 515 über Schaltwalzen 517, 519 gesteuert. Die Schaltwalzen 517, 519 haben eine Mimik in der Form einer Steuernut eingearbeitet.
• Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in beliebiger Form verbinden.
• So ist verständlich, dass die auf dem Inneren bzw. auf dem Äußeren der jeweiligen Gegenelemente platzierten Gegenverzahnungen wie die erste Gegenverzahnung 41, 241, zweite Gegenverzahnung 43, 243, dritte Gegenverzahnung 45, 245, vierte Gegenverzahnung 47, fünfte Gegenverzahnung 49 ebenfalls – je nach Designauslegung der Klauenmuffe – auf dem Äußeren bzw. dem Inneren der Gegenelemente angeordnet werden können.
• Mögliche Schaltstellungen der Schaltelemente 333 (Klaue 1 – K1), 335 (Klaue 2 – K2) und 337 (Klaue 3 – K3) zeigt die nachfolgende Tabelle:

  
• Bezugszeichenliste

1, 101, 201, 301

Hybridantrieb

3, 103, 203, 303

Verbrennungskraftmaschine

5, 105, 205, 305

erste Elektromaschine, insbesondere eine Motor-Generator-Maschine

7, 107, 207, 307

zweite Elektromaschine, insbesondere eine Motor-Generator-Maschine

9, 109, 209

Getriebe

11, 111, 211, 311

erstes Teilgetriebe

13, 113, 213, 313

zweites Teilgetriebe

15, 115, 215

Leistungsverzweigungsgetriebe

17

Differentialgetriebe

19, 119, 319

Planetengetriebe, insbesondere erstes Planetengetriebe

321

Planetengetriebe, insbesondere zweites Planetengetriebe

23, 123, 223

Stirnradnebenwellengetriebe

25, 125, 225, 325

Zentralwelle

27, 127, 227, 327

äußere Welle

29, 129, 229, 329

innere Welle

31, 131, 231

erster Rotationskörper, wie ein Hohlrad

33, 133, 333, 501

erstes Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement

35, 135, 335

zweites Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement

37, 137, 337

drittes Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement

39, 139

viertes Schaltelement, insbesondere Klauenschaltelement

41, 241

Gegenzahnung, insbesondere erste Gegenzahnung

43, 243

Gegenzahnung, insbesondere zweite Gegenzahnung

45, 245

Gegenzahnung, insbesondere dritte Gegenzahnung

47

Gegenzahnung, insbesondere vierte Gegenzahnung

49

Gegenzahnung, insbesondere fünfte Gegenzahnung

51

Gegenzahnung, insbesondere sechste Gegenzahnung

53

Gegenzahnung, insbesondere siebte Gegenzahnung

55

Gegenzahnung, insbesondere achte Gegenzahnung

57

Gegenzahnung, insbesondere neunte Gegenzahnung

59, 159, 259

Wandler- und/oder Kupplungsglocke

61, 161, 361

zweiter Rotationskörper, wie ein Sonnenrad

63, 163

Hohlrad

65, 165, 365

Planetenträger, insbesondere erster Planetenträger

367

Planetenträger, insbesondere zweiter Planetenträger

69, 169, 269, 269^I

Planeten

71

erster Planetensatz

73

zweiter Planetensatz

375

dritter Planetensatz

77, 177, 277

Sonnenrad, insbesondere erstes Sonnenrad

378

Sonnenrad

279, 379

Sonnenrad, insbesondere zweites Sonnenrad

81, 181, 281

erste Zahnradpaarung

83, 183, 283

zweite Zahnradpaarung

85, 185, 285

dritte Zahnradpaarung

187

vierte Zahnradpaarung

89, 189, 289, 389

Klauenverbinder

91, 191, 391

Abtriebselement, wie Abtriebszahnrad oder Abtriebswelle

93, 193

Motorwelle

505

erste Schiebemuffe

507

zweite Schiebemuffe

509

dritte Schiebemuffe

511

erste Schaltgabel

513

zweite Schaltgabel

515

dritte Schaltgabel

517

erste Schaltwalze

519

zweite Schaltwalze

521, 521^I, 521^II

Zahnkranz

523

Zahn

525

Dach, insbesondere eines Zahns

I, I^I, I^II, I^III

erste Schaltstellung

II, II^I, II^II, II^III

zweite Schaltstellung

III, III^I, III^II, III^III

dritte Schaltstellung

IV

vierte Schaltstellung

X

Verbindung, insbesondere eingekuppelte Verbindung

F →

Kraftflussrichtung (im Sinne eines Vektors)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010052262 B4 [0006, 0024, 0027, 0027, 0027, 0027, 0028]
• US 7867124 B2 [0007]
• EP 1910117 B1 [0009, 0009]
• US 7195574 B2 [0010]
• US 2014/171247 A1 [0011]
• DE 102010028026 A1 [0012]
• US 7690459 B2 [0012]
• DE 102004055903 A1 [0013, 0013]
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• DE 102015203571 A1 [0020]
• US 6719655 B2 [0022]
• DE 102013112388 A1 [0022, 0023]
• DE 102010052262 A1 [0026]

Claims (8)

1. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139), insbesondere für einen Hybridantrieb (1, 101, 201, 301) mit einem ersten Teilgetriebe (11, 111, 211, 311), z. B. einem Leistungsverzweigungsgetriebe (15, 115, 215), und einem zweiten Teilgetriebe (13, 113, 213, 313), z. B. einem schaltbaren Getriebe wie einem Stirnradnebenwellengetriebe (23, 123, 223), das zur synchronisierten Ein- und Auskupplung von Kraft- und/oder Drehmomentflüssen (F) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) mehrere Schiebemuffen (505, 507, 509) aufweist, wobei wenigstens eine der Schiebemuffen (505, 507, 509) wenigstens zwei Verzahnungen (521, 521 ^I, 521 ^II), vorzugsweise wenigstens drei Verzahnungen, jeweils mit Zähnen (523) für ein Einspuren aufweist, vorzugsweise voneinander entlang einer Hülsenfläche der Schiebemuffe (505, 507, 509) beabstandet, wobei eine Synchronisierung durch Drehzahlangleich eines ersten Rotationskörpers (31, 131, 231) an eine Drehzahl eines zweiten Rotationskörpers (61, 161, 361) durch Einleitung von Drehbewegungen zweier Kraftmaschinen (3, 103, 203, 303, 5, 105, 205, 305, 7, 107, 207, 307) herstellbar ist.
2. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskörper (31, 131, 231, 61, 161, 361) Gegenelemente für die Schiebemuffe (505, 507, 509) darstellen, die Gegenverzahnungen (41, 241, 43, 243, 45, 245, 47, 49, 51, 53, 55, 57) für die Verzahnungen (521, 521 ^I, 521 ^II) aufweisen.
3. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) wenigstens eine überdrückbare Schaltstellung hat, an die sich in einer Längsrichtung wenigstens eine weitere Schaltstellung, vorzugsweise mit einem Freistichbereich, anschließt, die sich durch eine Position von Zähnen (523) einer Verzahnung (521, 521 ^I, 521 ^II) ausbildet.
4. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) eine schaltwalzengesteuerte Führung (517, 519) hat.
5. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 503, 37, 137, 337, 39, 139) für jede Schiebemuffe (505, 507, 509) eine Schaltgabel (511, 513, 515) aufweist.
6. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (505, 507, 509) ein blechumgeformter Flachblechkörper ist.
7. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) wenigstens eine gesicherte Position durch eine laterale Verzahnung erhält.
8. Klauenschaltelement (33, 133, 33, 501, 35, 135, 335, 37, 137, 337, 39, 139) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (523) der Verzahnungen (521, 521 ^I, 521 ^II) dachschrägenfrei ausgestaltet sind.

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