WO2012113468A1 - Drive arrangement of a hybrid vehicle - Google Patents

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WO2012113468A1
WO2012113468A1 PCT/EP2011/070330 EP2011070330W WO2012113468A1 WO 2012113468 A1 WO2012113468 A1 WO 2012113468A1 EP 2011070330 W EP2011070330 W EP 2011070330W WO 2012113468 A1 WO2012113468 A1 WO 2012113468A1
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WO
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gear
drive
electric machine
superposition
planetary gear
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Application number
PCT/EP2011/070330
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Neubauer
Thorsten Biermann
Jürgen Stölzle
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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    • B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
    • B62M6/65—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts with axle and driving shaft arranged coaxially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/043—Transmission unit disposed in on near the vehicle wheel, or between the differential gear unit and the wheel
    • B60K17/046—Transmission unit disposed in on near the vehicle wheel, or between the differential gear unit and the wheel with planetary gearing having orbital motion

Definitions

  • the invention relates to a drive assembly of a hybrid vehicle having a trained as Tretantrieb or as a combustion engine prime mover and designed as an electric secondary drive with a coaxial arrangement of a driven gear of the prime mover, the electric machine, a common drive wheel, and designed as a simple planetary gear superposition which the output gear of the primary drive and the rotor of the electric machine are in drive connection with the drive wheel.
  • Lightweight hybrid vehicles having a total of two or three wheels and a single drive wheel such as an electric bicycle or a hybrid cabin scooter, may have as a prime mover a pedal crankshaft operated by cranks, a pedal drive operable by muscular force, or an internal combustion engine operable with liquid or gaseous fuel
  • the secondary drive is usually an electric drive and is formed by at least one electric motor, which is supplied from an electrical energy store. If the drive of the hybrid vehicle, as provided here, should take place via a common drive wheel, the drive torque of the prime mover and the secondary drive must be brought together in a suitable manner. But this is particularly difficult, since the two types of drives have different operating speed ranges and speed-torque curves.
  • hybrid bicycles which can also be referred to as electric bicycles
  • the drive torque of the pedal drive and the electric drive via overrunning clutches and / or via a preferably designed as a simple planetary gear superposition gear either in the pedal crankshaft or in the shaft of the axle Drive impeller can be merged.
  • US 6 296 072 B1 discloses a drive assembly of an electric bicycle comprising an electric motor, a reduction gear and two one-way clutches coaxially disposed over the pedal crankshaft.
  • the rotor of the electric motor and the hub of the at least one drive sprocket of a drive train in driving connection with the drive wheel are each rotatably mounted on the pedal crankshaft.
  • the pedal crankshaft can be coupled via the first one-way clutch to the hub of the drive sprocket.
  • the rotor of the electric motor can be coupled to the hub of the sprocket via the reduction gear formed from two simple planetary gears connected in series and the second one-way clutch connected downstream of the latter.
  • the drive of the electric bicycle is in each case by the stronger at the hub of the sprocket drive, the pedal drive or the electric drive.
  • a real hybrid drive in which the drive of the electric bicycle is done simultaneously by the pedal drive and the electric drive, but this is practically impossible.
  • a further drive arrangement of an electric bicycle each comprising an electric machine and formed as a simple planetary gear superposition gear, which are arranged coaxially over the pedal crankshaft.
  • the first input element of the superposition gear is formed by the planet carrier, which is non-rotatably connected to the pedal crankshaft.
  • the second input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is rotatably connected to the rotor of the electric machine.
  • the output element of the superposition gear is through the Formed ring gear on which a drive sprocket of one with the drive wheel of the electric bicycle in drive connection chain drive is attached.
  • the first input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is rotatably connected to the Tretkur- beiwelle.
  • the rotor of the electric machine is connected via a trained as a planetary gear reduction gear with the now the second input element forming planet carrier of the superposition gearing in drive connection.
  • the output element of the superposition gear is in turn formed by the ring gear on which the drive sprocket of the chain drive is mounted.
  • the rotor and thus the sun gear can be locked to the housing by means of an overrunning clutch.
  • the drive torque introduced by the electric machine In electric driving mode, however, the drive torque introduced by the electric machine must be supported by muscle power on the pedal crankshaft.
  • EP 0 500 821 B1 discloses a drive arrangement of an electric bicycle which comprises the output hub of a primary drive designed as a pedal drive, the driven wheel of a secondary drive designed as an electric machine and a superposition gear designed as a simple planetary gear which is arranged coaxially over the axle shaft of the drive wheel are.
  • the first input element of the superposition gear is formed by the ring gear, which is non-rotatably connected to the output hub of a chain drive which is in driving connection with the pedal crankshaft and carries several sprockets.
  • the second input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is non-rotatably connected to the driven gear of a toothed belt drive in drive connection with the rotor of the electric motor and highly geared.
  • the output element of the superposition gear is formed by the planet carrier, which is connected on the one hand to the axle shaft rotatably mounted in a frame of the hybrid vehicle and on the other hand to the drive wheel of the hybrid vehicle.
  • the output hub of the primary drive and the driven gear of the secondary drive are each rotatably mounted on the axle shaft.
  • a pure pedal drive, a pure electric drive and a hybrid drive are possible.
  • a holding torque by the respective other drive is required to support the drive torque in the superposition gear.
  • the efficiency of the electric drive due to the transmission losses of the toothed belt drive is relatively low.
  • the invention has for its object to propose a drive arrangement of a hybrid vehicle, with a coaxial arrangement of the output gear of a prime mover, an electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gearbox superposition gear, via which the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine to the drive running wheel in drive connection, which is simple and compact and has improved operating characteristics over the known drive arrangements.
  • the invention is based on the finding that a drive arrangement of a hybrid vehicle, in which a driven gear of a prime mover, an electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gear superposition gear, via which the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine with the drive wheel in drive connection can be produced with a simple and compact structure and good operating characteristics when the output runner of the prime mover and the drive wheel at axially opposite ends of an axis and the electric machine and the superposition gear are arranged axially therebetween.
  • the invention is therefore based on a drive arrangement of a hybrid vehicle, which has a trained as Tretantrieb or as an internal combustion engine prime mover and designed as an electric machine secondary drive.
  • Such drive arrangements are known in different embodiments with a coaxial arrangement of a driven gear of the prime mover, the electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gear superposition gear, wherein the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine via the superposition gear with the drive wheel in drive connection stand. Due to the axial arrangement of the electric machine and the superposition gear between the driven gear of the prime mover and the drive wheel, the power flow in the drive assembly according to the invention is largely in an axial direction from the input side, on which the output gear of the prime mover is arranged, to the output side to which the drive running wheel is arranged.
  • the superposition gear designed as a planetary gear is preferably designed such that the sun gear forms the first input element of the superposition gear and is rotatably connected to the axle shaft, that the ring gear forms the second input element of the superposition gear and rotatably connected to the rotor of the electric machine or with this in drive connection is, and that the planet carrier forms the output element of the superposition gear and rotatably connected to the drive wheel or is in drive connection therewith.
  • This embodiment takes into account that the operating speed range of the trained as pedal drive or as an internal combustion engine prime mover is smaller than that of the electric machine, so that the rotational speed and the torque to the output element of the superposition gearbox by a corresponding control of the electric machine in a large area is controllable.
  • the superposition gear can also be designed such that the sun gear forms the first input element of the superposition gear and is rotatably connected to the axle, that the planet carrier forms the second input element of the superposition gear and is rotatably connected to the rotor of the electric machine or is in drive connection therewith , and that the ring gear forms the output element of the superposition gear and is rotatably connected to the drive wheel or is in drive connection therewith. Since in this case a reversal of the direction of rotation at the output element of the superposition gearing relative to the first input element can already be achieved by a lower rotational speed at the second input element, an electric machine which can be operated as a motor and as a generator in only one single direction of rotation can be used in this case.
  • a first reduction gear is arranged, which is formed as a simple planetary gear and within the housing coaxially over the axle and axially is arranged between the superposition gear and the drive wheel.
  • the first reduction gear designed as a planetary gear can be designed such that the sun gear forms the input element of the first reduction gear and is rotatably connected to the output element of the superposition gear, that the ring gear forms the output element of the first reduction gear and is rotatably connected to the drive wheel, and that the planet carrier forms the support element of the first reduction gear and is locked against rotation in the housing.
  • this embodiment of the first reduction gear is associated with a reversal of rotation between the input member and the output member, which must be taken into account in the design and arrangement of the prime mover and the electric machine.
  • the sun gear of the planetary gear forms the input element of the first reduction gear and is rotatably connected to the output element of the superposition gear, that the planet carrier of the planetary gear forms the output element of the first reduction gear and rotationally fixed is connected to the drive wheel, and that the ring gear of the planetary gear forms the support member of the first reduction gear and is locked against rotation in the housing.
  • a second reduction gear is arranged, which is formed as a simple planetary gear and within the housing coaxial with the axle shaft and is arranged axially between the electric machine and the superposition gear.
  • the second reduction gear designed as a planetary gear is designed such that the sun gear forms the input element of the second reduction gear and is rotatably connected to the rotor of the electric machine that the planet carrier forms the output element of the second reduction gear and is rotatably connected to the second input element of the superposition gear , and that the ring gear forms the support element of the second reduction gear and is locked against rotation in the housing.
  • a rotor carrier is advantageously provided, which is rotatably mounted on the axle shaft, and to which the rotor of the electric machine and the second input element of the superposition gear or the input element of the second reduction gear are fixed.
  • the electric machine is preferably designed to be operable in both directions of rotation as a motor and as a generator, since in this way a large control range of the effective speed, direction of rotation and torque acting on the output element of the superposition gear and thus on the drive wheel is achieved.
  • the interior of the housing may be sealed by a sealing element arranged between the housing and the drive impeller or a component fastened thereto.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the drive arrangement according to the invention in an axial section
  • FIG. 2 shows the drive arrangement according to FIG. 1 in an enlarged detail
  • FIG. 3 shows the first embodiment of the drive arrangement according to FIGS. 1 and 2 in a schematic representation, a second embodiment of the drive arrangement according to the invention of a schematic illustration,
  • Fig. 5 shows a third embodiment of the drive assembly according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment of the drive arrangement according to the invention in a schematic representation.
  • a depicted in the schematic representation of Fig. 3 first embodiment of a drive assembly according to the invention 1.1 a hybrid vehicle has a coaxial arrangement of a driven gear 2 of a prime mover, an electric machine 3, a superposition gear 4, a reduction gear 5 and a common drive impeller.
  • the electric machine 3 consists of a stator fixed to the housing 6 and a rotatable rotor 7.
  • the superposition gear 4 is formed as a simple planetary gear 8 with a sun gear 9, a plurality of planet gears 10 bearing planetary carrier 1 1 and a ring gear 12.
  • the sun gear 9 of the planetary gear 8 forms the first input element 13 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the output gear 2 of the prime mover.
  • the ring gear 12 of the planetary gear 8 forms the second input element 14 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the rotor 7 of the electric machine 3.
  • the planet carrier 1 1 of the planetary gear 8 forms the output element 15 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the input element 21 of the downstream reduction gear 5.
  • the reduction gear 5 is also formed as a simple planetary gear 16 with a sun gear 17, a planet carrier 18 carrying a plurality of planet wheels 19 and a ring gear 20.
  • the sun gear 17 of this planetary gear 16 forms the input element 21 of the reduction gear 5 and is rotatably connected to the output element 15 of the upstream superposition gear 4.
  • the ring gear 20 of this planetary gear 16 forms the output element 22 of the reduction gear 5 and is non-rotatably connected to the drive wheel in detail not shown in Fig. 3 wheel.
  • the planet carrier 19 of this planetary gear 16 forms the support member 23 of the reduction gear 5 and is fixed to the housing.
  • the torques and speeds of the primary drive and the secondary drive formed by the electric machine 3 are brought together, the effective between the driven gear 2 of the primary drive and the output element 15 of the superposition gear 14 translation by the control of the electric machine 3 is continuously adjustable.
  • the electric machine 3 is advantageous in both directions of rotation in each case as a motor and as a generator operable (four-quadrant operation).
  • downstream reduction gear 5 which is applied to the output element 15 of the superposition gear 4 speed is reduced and increases the torque accordingly.
  • a reversal of the direction of rotation takes place.
  • the described drive arrangement 1.1 is suitable for a primary drive, whose rotational speed applied to the driven wheel 2 is approximately of the same order of magnitude as that of the electric machine 3, e.g. applies to an internal combustion engine.
  • This drive motor is expediently arranged in the hybrid vehicle such that the output gear 2 of the primary drive is driven counter to the direction of rotation of the drive wheel when driving forwards.
  • the corresponding direction of rotation of the rotor 7 of the electric machine 3 also opposite direction of rotation of the output element 15 of the superposition gear 4 is then reversed in the downstream reduction gear 5 in the correct direction of rotation.
  • FIG. 3 A preferred structural design of the above-described drive arrangement 1.1 according to FIG. 3 is shown in the axial section of FIG. 1 and in the enlarged detail of FIG.
  • a central axle shaft 24 is present, which is rotatably mounted in a fixed to the vehicle frame of the hybrid vehicle cylindrical housing 25.
  • the output gear 2 of the primary drive is arranged rotationally fixed.
  • the output gear 2 is exemplified as the sprocket 27 of a chain drive 28 and secured by a spline and a union nut on the axle 24.
  • the drive wheel 30 of the hybrid vehicle is rotatably mounted.
  • the drive wheel 30 is designed as a disk wheel provided with an air-filled tire 31, the hub 32 of which is stiffened by a plurality of ribs 33 distributed over the circumference and is rotatably mounted on the axle shaft 24 via two ball bearings.
  • the electric machine 3, the superposition gear 4, and at least partially also the reduction gear 5 are arranged.
  • the stator 6 of the electric machine 3 is fastened via a fastening flange 35 to an input-side end wall 36 of the housing 25.
  • a rotor carrier 37 is rotatably mounted on the axle shaft 24 via two ball bearings 38 and carries on the one hand the rotor 7 of the electric machine 3 and on the other hand the ring gear 12 of the axially adjacent, in this case the superposition gear 4 forming Planetengetrie- bes 8.
  • the sun gear 9 of the superposition gear 4 is rotationally fixed arranged on the axle 24.
  • the planet carrier 1 1 of the superposition gear 4 is rotatably supported by a needle bearing 39 on the axle shaft 24 and rotatably connected to the sun gear 17 of the axially adjacent, in this case the downstream reduction gear 5 forming planetary gear 16.
  • the input side part 40 of the planetary carrier 19 of the reduction gear 5 is rotatably fixed to an output side end wall 41 of the housing 25, whereas the output side part 42 of this planet carrier 19 is rotatably supported by a ball bearing 43 on the axle shaft. Together with a ball bearing 44 arranged on the inlet-side end wall 36 of the housing 25, this ball bearing 43, 44 thus forms the bearing of the axle shaft 24 in the housing 25.
  • the ring gear 20 of the reduction gear 5 is arranged non-rotatably on an output flange 45 which is laterally attached the output run wheel 30 is attached.
  • a present example, as a radial sealing ring 48 formed sealing element 47 is provided to seal the wheel 25 enclosed by the housing 25 and the output wheel enclosed interior 46.
  • This radial seal 48 is between see arranged on the radial outer edge of the output-side end wall 41 of the housing 25, radially projecting annular web 49 and the cylindrical outer wall of the axially extending Abtriebsflansches 45.
  • a depicted in the schematic representation of FIG. 4 second embodiment of a drive assembly 1.2 of a hybrid vehicle according to the invention differs from the first embodiment of Figures 1 to 3 only by a modified design of the superposition gear 4 downstream reduction gear 5 '.
  • the reduction gear 5 ' is also formed as a simple planetary gear 16 with a sun gear 17, a planet carrier 18 carrying a plurality of planet gears 19 and a ring gear 20.
  • the sun gear 17 of this planetary gear 16 forms the input element 21 of the reduction gear 5 'and is rotatably connected to the output element 15 of the upstream superposition gear 4.
  • the planetary carrier 19 of this planetary gear 16 forms the output element 22 'of the reduction gear 5'.
  • the ring gear 20 serves as a support member 23 'of the reduction gear 5', which is therefore locked fixed to the housing.
  • the direction of rotation of the planetary carrier 19 forming the output element 22 thus corresponds to the direction of rotation of the sun gear 17 forming the input element 21.
  • the mode of operation of the second embodiment of the drive arrangement 1.2 according to FIG. 4 corresponds to FIG the now reversing direction of rotation reversal of those of the first embodiment of the drive assembly 1.1 of FIG. 1 to FIG. 3.
  • a third embodiment of a drive arrangement 1.3 of a hybrid vehicle according to the invention shown in the schematic representation of FIG. 5 differs from the two above-described embodiments according to FIGS. 1 to 4 in that between the rotor 7 of the electric machine 3 and the second input element 14 of the superposition gear 4 Reduction gear 50 is arranged, and that is omitted on a superposition gear 4 downstream reduction gear 5, 5 '.
  • the reduction gear 50 is formed as a simple planetary gear 51 with a sun gear 52, a planet carrier 54 carrying a plurality of planet gears 53 and a ring gear 55.
  • the sun gear 52 of this planetary gear 51 forms the input element 56 of the reduction gear 50 and is rotatably connected to the rotor 7 of the electric machine 3.
  • the planet carrier 54 of this planetary gear 51 forms the output element 57 of the reduction gear 50 and is rotatably connected to the input element 14 of the downstream superposition gear 4.
  • the ring gear 55 of this planetary gear 51 forms the support member 58 of the reduction gear 50 and is fixed to the housing.
  • the downstream superposition gear 4 is constructed as described above, wherein the sun gear 9 rotatably connected to the output gear 2 of the primary drive first input member 13, the ring gear 12 rotatably connected to the output member 57 of the upstream reduction gear 50 second input member 14, and the planet carrier 1 the non-rotatably connected to the drive wheel not shown in Fig. 5 connected output element 15 forms.
  • the reduction gear 50 the voltage applied to the rotor 7 of the electric machine 3 speed is reduced and increases the torque accordingly, before they are brought together in the subsequent superposition gear 4 with the voltage applied to the output gear 2 of the prime mover and the torque in question.
  • the effective between the driven gear 2 of the primary drive and the output element 15 of the superposition gear 4 ratio can in turn be adjusted continuously by a corresponding control of the electric machine 3, even if this requires greater speed changes to the electric machine 3.
  • the drive arrangement 1.3 described is particularly suitable for a prime mover whose applied to the driven gear 2 speed is much lower than that of the electric machine 3. This is true for example for a pedal drive, in which the drive torque generated by a pedal crankshaft crankshaft generated by muscle power and the drive speed generated comparatively low is.
  • a fourth embodiment of a drive arrangement 1.4 according to the invention of a hybrid vehicle shown in the schematic representation of FIG. 6 differs from the third embodiment variant according to FIG. 5 only by a modified embodiment of the downstream superposition transmission 4 '.
  • the Matterlagerungsgetriebe 4 ' is also formed as a simple planetary gear 8 with a sun gear 9, a plurality of planet gears 10 bearing planet carrier 1 1 and a ring gear 12.
  • the sun gear 9 of the planetary gear 8 the first input element 13 of the superposition gear 4 'and is rotatably connected to the output gear 2 of the prime mover.
  • the planet carrier 1 1 of the planetary gear 8 the second input element 14 'of the superposition gear 4' and is rotatably connected to the output member 57 of the upstream reduction gear 51.
  • the ring gear 12 of the planetary gear 8 now forms the output element 15 'of the superimposition gear 4', which is connected in a rotationally fixed manner to the drive wheel (not shown in detail in FIG. 6).

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Abstract

The invention relates to a drive arrangement of a hybrid vehicle which has a primary drive which is embodied as a pedal drive or as an internal combustion unit, and a secondary drive which is embodied as an electric machine (3), having a coaxial arrangement of an output gear (2) of the primary drive, of the electric machine (3), of a common drive impeller wheel (30) and of a superposition transmission (4, 4'), which is embodied as a simple planetary gear mechanism (8) and via which the output gear (2) of the primary drive and the rotor (7) of the electric machine (3) have a drive connection to the drive impeller wheel (30). In order to provide a drive device of simple and compact design with improved operating properties there is provision that a central axle shaft (24) is rotatably mounted in a housing (25) which is fixed to the frame, that the output gear (2) of the primary drive is arranged in a rotational fixed fashion at one end (26) of the axle shaft (24), and the drive impeller wheel (30) is rotatably mounted at the end (29) lying axially opposite, and in that the electric machine (3) and the superposition transmission (4, 4') are arranged within the housing (25), axially between the output gear (2) and the drive impeller wheel (30).

Description

Bezeichnung der Erfindung  Name of the invention
Antriebsanordnung eines Hybridfahrzeugs Beschreibung Drive arrangement of a hybrid vehicle Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Hybridfahrzeugs, das einen als Tretantrieb oder als Verbrennungsmotor ausgebildeten Primärantrieb und einen als Elektromaschine ausgebildeten Sekundärantrieb aufweist, mit einer koaxialen Anordnung eines Abtriebsrades des Primärantriebs, der Elektromaschine, eines gemeinsamen Antriebslaufrades, und eines als einfaches Planetengetriebe ausgebildeten Überlagerungsgetriebes, über welches das Abtriebsrad des Primäran- triebs und der Rotor der Elektromaschine mit dem Antriebslaufrad in Triebverbindung stehen. The invention relates to a drive assembly of a hybrid vehicle having a trained as Tretantrieb or as a combustion engine prime mover and designed as an electric secondary drive with a coaxial arrangement of a driven gear of the prime mover, the electric machine, a common drive wheel, and designed as a simple planetary gear superposition which the output gear of the primary drive and the rotor of the electric machine are in drive connection with the drive wheel.
Hintergrund der Erfindung Leichte Hybridfahrzeuge mit insgesamt zwei oder drei Laufrädern und einem einzigen Antriebslaufrad, wie z.B. ein Elektrofahrrad oder ein Hybrid-Kabinenroller, können als Primärantrieb einen über eine mit Tretkurbeln versehene Tretkurbelwelle durch Muskelkraft betätigbaren Tretantrieb oder einen mit flüssigem oder gasförmigen Kraftstoff betreibbaren Verbrennungsmotor aufweisen. Der Sekun- därantrieb ist dagegen üblicherweise ein Elektroantrieb und wird durch mindestens einen Elektromotor gebildet, der aus einem elektrischen Energiespeicher versorgt wird. Wenn der Antrieb des Hybridfahrzeugs, wie es hier vorgesehen ist, über ein gemeinsames Antriebslaufrad erfolgen soll, müssen die Antriebsmomente des Primärantriebs und des Sekundärantriebs in geeigneter Weise zusammengeführt werden. Dies ist aber besonders schwierig, da die beiden Antriebsarten unterschiedliche Betriebsdrehzahlbereiche und Drehzahl-Drehmoment-Verläufe aufweisen. Von Hybrid-Fahrrädern, die auch als Elektrofahrräder bezeichnet werden können, ist bekannt, dass die Antriebsmomente des Tretantriebs und des Elektroantriebs über Freilaufkupplungen und/oder über ein vorzugsweise als einfaches Planeten- getriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe entweder im Bereich der Tretkurbelwelle oder im Bereich der Achswelle des Antriebslaufrades zusammengeführt werden können. Background of the Invention Lightweight hybrid vehicles having a total of two or three wheels and a single drive wheel, such as an electric bicycle or a hybrid cabin scooter, may have as a prime mover a pedal crankshaft operated by cranks, a pedal drive operable by muscular force, or an internal combustion engine operable with liquid or gaseous fuel , By contrast, the secondary drive is usually an electric drive and is formed by at least one electric motor, which is supplied from an electrical energy store. If the drive of the hybrid vehicle, as provided here, should take place via a common drive wheel, the drive torque of the prime mover and the secondary drive must be brought together in a suitable manner. But this is particularly difficult, since the two types of drives have different operating speed ranges and speed-torque curves. Of hybrid bicycles, which can also be referred to as electric bicycles, it is known that the drive torque of the pedal drive and the electric drive via overrunning clutches and / or via a preferably designed as a simple planetary gear superposition gear either in the pedal crankshaft or in the shaft of the axle Drive impeller can be merged.
In der US 6 296 072 B1 ist eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads beschrieben, die einen Elektromotor, ein Untersetzungsgetriebe und zwei Freilaufkupplungen umfasst, welche koaxial über der Tretkurbelwelle angeordnet sind. Der Rotor des Elektromotors und die Nabe des mindestens einen Antriebskettenrades eines mit dem Antriebslaufrad in Triebverbindung stehenden Kettentriebs sind jeweils drehbar auf der Tretkurbelwelle gelagert. Die Tretkurbelwelle ist über die erste Freilaufkupplung mit der Nabe des Antriebskettenrades koppelbar. Der Rotor des Elektromotors ist über das aus zwei hintereinander geschalteten einfachen Planetengetrieben gebildete Untersetzungsgetriebe und die diesem nachgeschaltete zweite Freilaufkupplung mit der Nabe des Kettenrades koppelbar. Somit erfolgt der Antrieb des Elektrofahrrads jeweils durch den an der Nabe des Kettenrades stärkeren Antrieb, den Tretantrieb oder den Elektroantrieb. Ein wirklicher Hybridantrieb, bei dem der Antrieb des Elektrofahrrads gleichzeitig durch den Tretantrieb und den Elektroantrieb erfolgt, ist damit jedoch praktisch nicht möglich. US 6 296 072 B1 discloses a drive assembly of an electric bicycle comprising an electric motor, a reduction gear and two one-way clutches coaxially disposed over the pedal crankshaft. The rotor of the electric motor and the hub of the at least one drive sprocket of a drive train in driving connection with the drive wheel are each rotatably mounted on the pedal crankshaft. The pedal crankshaft can be coupled via the first one-way clutch to the hub of the drive sprocket. The rotor of the electric motor can be coupled to the hub of the sprocket via the reduction gear formed from two simple planetary gears connected in series and the second one-way clutch connected downstream of the latter. Thus, the drive of the electric bicycle is in each case by the stronger at the hub of the sprocket drive, the pedal drive or the electric drive. A real hybrid drive, in which the drive of the electric bicycle is done simultaneously by the pedal drive and the electric drive, but this is practically impossible.
Aus der DE 10 2009 045 447 A1 sind zwei Ausführungen einer weiteren Antriebs- anordnung eines Elektrofahrrads bekannt, die jeweils eine Elektromaschine und ein als einfaches Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe umfassen, welche koaxial über der Tretkurbelwelle angeordnet sind. Bei der ersten Variante der Antriebsanordnung ist das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes durch den Planetenträger gebildet, der drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden ist. Das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes wird durch das Sonnenrad gebildet, das drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ist durch das Hohlrad gebildet, auf dem ein Antriebskettenrad eines mit dem Antriebslaufrad des Elektrofahrrads in Triebverbindung stehenden Kettentriebs befestigt ist. Bei der zweiten Variante der Antriebsanordnung ist das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes durch das Sonnenrad gebildet, das drehfest mit der Tretkur- beiwelle verbunden ist. Der Rotor der Elektromaschine steht über ein als Planetengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe mit dem nun das zweite Eingangselement bildenden Planetenträger des Überlagerungsgetriebes in Triebverbindung. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ist wiederum durch das Hohlrad gebildet, auf dem das Antriebskettenrad des Kettentriebs befestigt ist. In den beiden Ausführungsformen dieser Antriebsanordnung sind ein reiner Tretantrieb, ein reiner Elektroantrieb und ein Hybridantrieb möglich. Zur Abstützung des von dem Tretantrieb eingeleiteten Antriebsmomentes bei kraftloser Elektromaschine sind der Rotor und damit das Sonnenrad über eine Freilaufkupplung gehäusefest arretierbar. Im Elektrofahrbetrieb muss das von der Elektromaschine eingeleitete Antriebsmoment dagegen mit Muskelkraft an der Tretkurbelwelle abgestützt werden. From DE 10 2009 045 447 A1 two embodiments of a further drive arrangement of an electric bicycle are known, each comprising an electric machine and formed as a simple planetary gear superposition gear, which are arranged coaxially over the pedal crankshaft. In the first variant of the drive arrangement, the first input element of the superposition gear is formed by the planet carrier, which is non-rotatably connected to the pedal crankshaft. The second input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is rotatably connected to the rotor of the electric machine. The output element of the superposition gear is through the Formed ring gear on which a drive sprocket of one with the drive wheel of the electric bicycle in drive connection chain drive is attached. In the second variant of the drive arrangement, the first input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is rotatably connected to the Tretkur- beiwelle. The rotor of the electric machine is connected via a trained as a planetary gear reduction gear with the now the second input element forming planet carrier of the superposition gearing in drive connection. The output element of the superposition gear is in turn formed by the ring gear on which the drive sprocket of the chain drive is mounted. In the two embodiments of this drive arrangement, a pure pedal drive, a pure electric drive and a hybrid drive are possible. In order to support the drive torque introduced by the pedal drive in the case of a powerless electric machine, the rotor and thus the sun gear can be locked to the housing by means of an overrunning clutch. In electric driving mode, however, the drive torque introduced by the electric machine must be supported by muscle power on the pedal crankshaft.
Schließlich ist aus der EP 0 500 821 B1 eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads bekannt, welche die Abtriebsnabe eines als Tretantrieb ausgebildeten Pri- märantriebs, das Abtriebsrad eines als Elektromaschine ausgebildeten Sekundärantriebs und ein als einfaches Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe umfasst, welche koaxial über der Achswelle des Antriebslaufrades angeordnet sind. Das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes wird durch das Hohlrad gebildet, das drehfest mit der mehrere Kettenräder tragenden Abtriebsna- be eines mit der Tretkurbelwelle in Triebverbindung stehenden Kettentriebs verbunden ist. Das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes wird durch das Sonnenrad gebildet, das drehfest mit dem Abtriebsrad eines mit dem Rotor des Elektromotors in Triebverbindung stehenden und hoch übersetzten Zahnriementriebs verbunden ist. Das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wird durch den Planetenträger gebildet, der einerseits mit der drehbar in einem Rahmen des Hybridfahrzeugs gelagerten Achswelle und andererseits mit dem Antriebslaufrad des Hybridfahrzeugs verbunden ist. Die Abtriebsnabe des Primäran- triebs und das Abtriebsrad des Sekundärantriebs sind jeweils drehbar auf der Achswelle gelagert. Bei dieser bekannten Antriebsanordnung sind ein reiner Tretantrieb, ein reiner Elektroantrieb und ein Hybridantrieb möglich. Für den reinen Tretantrieb und den reinen Elektroantrieb ist zur Abstützung des Antriebsmomen- tes in dem Überlagerungsgetriebe jedoch ein Haltemoment durch den jeweils anderen Antrieb erforderlich. Zudem ist der Wirkungsgrad des Elektroantriebs aufgrund der Übertragungsverluste des Zahnriementriebs relativ niedrig. Finally, EP 0 500 821 B1 discloses a drive arrangement of an electric bicycle which comprises the output hub of a primary drive designed as a pedal drive, the driven wheel of a secondary drive designed as an electric machine and a superposition gear designed as a simple planetary gear which is arranged coaxially over the axle shaft of the drive wheel are. The first input element of the superposition gear is formed by the ring gear, which is non-rotatably connected to the output hub of a chain drive which is in driving connection with the pedal crankshaft and carries several sprockets. The second input element of the superposition gear is formed by the sun gear, which is non-rotatably connected to the driven gear of a toothed belt drive in drive connection with the rotor of the electric motor and highly geared. The output element of the superposition gear is formed by the planet carrier, which is connected on the one hand to the axle shaft rotatably mounted in a frame of the hybrid vehicle and on the other hand to the drive wheel of the hybrid vehicle. The output hub of the primary drive and the driven gear of the secondary drive are each rotatably mounted on the axle shaft. In this known drive arrangement, a pure pedal drive, a pure electric drive and a hybrid drive are possible. For the pure pedal drive and the pure electric drive, however, a holding torque by the respective other drive is required to support the drive torque in the superposition gear. In addition, the efficiency of the electric drive due to the transmission losses of the toothed belt drive is relatively low.
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung eines Hybridfahrzeugs vorzuschlagen, mit einer koaxialen Anordnung des Abtriebsrades eines Primärantriebs, einer Elektromaschine, eines gemeinsamen Antriebslaufrades und eines als einfaches Planetengetriebe ausgebildeten Überlagerungsgetriebes, über welches das Abtriebsrad des Primärantriebs und der Rotor der Elektromaschine mit dem Antriebs lauf rad in Triebverbindung stehen, die einfach und kompakt aufgebaut ist sowie gegenüber den bekannten Antriebsanordnungen verbesserte Betriebseigenschaften aufweist. Zusammenfassung der Erfindung The invention has for its object to propose a drive arrangement of a hybrid vehicle, with a coaxial arrangement of the output gear of a prime mover, an electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gearbox superposition gear, via which the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine to the drive running wheel in drive connection, which is simple and compact and has improved operating characteristics over the known drive arrangements. Summary of the invention
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Antriebsanordnung eines Hybridfahrzeugs, bei der ein Abtriebsrad eines Primärantriebs, eine Elektromaschine, ein gemeinsames Antriebslaufrad und ein als einfaches Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe, über welches das Abtriebsrad des Primärantriebs und der Rotor der Elektromaschine mit dem Antriebslaufrad in Triebverbindung stehen, mit einfachem und kompaktem Aufbau sowie guten Betriebseigenschaften herstellbar ist, wenn das Abtriebslaufrad des Primärantriebs und das Antriebslaufrad an axial entgegengesetzten Enden einer Achse und die Elektro- maschine und das Überlagerungsgetriebe axial dazwischen angeordnet sind. Die Erfindung geht daher aus von einer Antriebsanordnung eines Hybridfahrzeugs, das einen als Tretantrieb oder als Verbrennungsmotor ausgebildeten Primärantrieb und einen als Elektromaschine ausgebildeten Sekundärantrieb aufweist. Derartige Antriebsanordnungen sind in unterschiedlichen Ausführungen mit einer ko- axialen Anordnung eines Abtriebsrades des Primärantriebs, der Elektromaschine, eines gemeinsamen Antriebslaufrades und eines als einfaches Planetengetriebe ausgebildeten Überlagerungsgetriebes bekannt, wobei das Abtriebsrad des Primärantriebs und der Rotor der Elektromaschine über das Überlagerungsgetriebe mit dem Antriebslaufrad in Triebverbindung stehen. Durch die axiale Anordnung der Elektromaschine und des Überlagerungsgetriebes zwischen dem Abtriebsrad des Primärantriebs und dem Antriebslaufrad erfolgt der Kraftfluss in der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung weitgehend in einer axialen Richtung von der Eingangsseite, an der das Abtriebsrad des Primärantriebs angeordnet ist, zu der Ausgangsseite, an der das Antriebs lauf rad angeordnet ist. Demzufolge ergibt sich ein relativ einfacher und kompakter Aufbau der Antriebseinrichtung, deren Auslegung in vielfältiger Weise, unter anderem durch die Anpassung der Elektromaschine und des Überlagerungsgetriebes, an die Betriebseigenschaften des Primärantriebs angepasst werden kann. Das als Planetengetriebe ausgebildete Überlagerungsgetriebe ist bevorzugt derart ausgeführt, dass das Sonnenrad das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit der Achswelle verbunden ist, dass das Hohlrad das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht, und dass der Planetenträger das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht. The invention is based on the finding that a drive arrangement of a hybrid vehicle, in which a driven gear of a prime mover, an electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gear superposition gear, via which the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine with the drive wheel in drive connection can be produced with a simple and compact structure and good operating characteristics when the output runner of the prime mover and the drive wheel at axially opposite ends of an axis and the electric machine and the superposition gear are arranged axially therebetween. The invention is therefore based on a drive arrangement of a hybrid vehicle, which has a trained as Tretantrieb or as an internal combustion engine prime mover and designed as an electric machine secondary drive. Such drive arrangements are known in different embodiments with a coaxial arrangement of a driven gear of the prime mover, the electric machine, a common drive wheel and designed as a simple planetary gear superposition gear, wherein the driven gear of the prime mover and the rotor of the electric machine via the superposition gear with the drive wheel in drive connection stand. Due to the axial arrangement of the electric machine and the superposition gear between the driven gear of the prime mover and the drive wheel, the power flow in the drive assembly according to the invention is largely in an axial direction from the input side, on which the output gear of the prime mover is arranged, to the output side to which the drive running wheel is arranged. Consequently, there is a relatively simple and compact construction of the drive device whose design can be adapted in many ways, inter alia by the adaptation of the electric machine and the superposition gear, to the operating characteristics of the prime mover. The superposition gear designed as a planetary gear is preferably designed such that the sun gear forms the first input element of the superposition gear and is rotatably connected to the axle shaft, that the ring gear forms the second input element of the superposition gear and rotatably connected to the rotor of the electric machine or with this in drive connection is, and that the planet carrier forms the output element of the superposition gear and rotatably connected to the drive wheel or is in drive connection therewith.
Diese Ausführungsform berücksichtigt, dass der Betriebsdrehzahlbereich des als Tretantrieb oder als Verbrennungsmotor ausgebildeten Primärantriebs kleiner als derjenige der Elektromaschine ist, so dass die Drehzahl und das Drehmoment an dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes durch eine entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine in einem großen Bereich steuerbar ist. This embodiment takes into account that the operating speed range of the trained as pedal drive or as an internal combustion engine prime mover is smaller than that of the electric machine, so that the rotational speed and the torque to the output element of the superposition gearbox by a corresponding control of the electric machine in a large area is controllable.
Dies gilt besonders dann, wenn die Elektromaschine in beiden Drehrichtungen als Motor und als Generator betreibbar ist, da die Drehzahl an dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes dann bis auf Null reduzierbar und die Drehrichtung umkehrbar ist. Somit ist dann ein Abbremsen des Hybridfahrzeugs bis zum Stillstand ohne die Betätigung einer Betriebsbremse und ein Anfahren in beide Fahrtrichtungen möglich. This is especially true when the electric machine is operable in both directions as a motor and as a generator, since the speed at the output element of the superposition gear can then be reduced to zero and the direction of rotation is reversible. Thus, a braking of the hybrid vehicle is then possible to a standstill without the operation of a service brake and a start in both directions.
Das Überlagerungsgetriebe kann jedoch auch derart ausgeführt sein, dass das Sonnenrad das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit der Achswelle verbunden ist, dass der Planetenträger das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht, und dass das Hohlrad das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht. Da in diesem Fall eine Drehrichtungsumkehr an dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes gegenüber dem ersten Eingangselement schon durch eine geringere Drehzahl an dem zweiten Eingangselement erreichbar ist, kann in diesem Fall eine nur in einer einzigen Drehrichtung als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine verwendet werden. However, the superposition gear can also be designed such that the sun gear forms the first input element of the superposition gear and is rotatably connected to the axle, that the planet carrier forms the second input element of the superposition gear and is rotatably connected to the rotor of the electric machine or is in drive connection therewith , and that the ring gear forms the output element of the superposition gear and is rotatably connected to the drive wheel or is in drive connection therewith. Since in this case a reversal of the direction of rotation at the output element of the superposition gearing relative to the first input element can already be achieved by a lower rotational speed at the second input element, an electric machine which can be operated as a motor and as a generator in only one single direction of rotation can be used in this case.
Zur Reduzierung der Ausgangsdrehzahl der Antriebsanordnung und zur Erhöhung des an dem Antriebslaufrad anliegenden Drehmomentes kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes und dem Antriebslaufrad ein erstes Untersetzungsgetriebe angeordnet ist, das als ein einfaches Planetengetriebe ausgebildet und innerhalb des Gehäuses koaxial über der Achswelle und axial zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Antriebslauf- rad angeordnet ist. Das als Planetengetriebe ausgebildete erste Untersetzungsgetriebe kann derart ausgeführt sein, dass das Sonnenrad das Eingangselement des ersten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, dass das Hohlrad das Ausgangselement des ersten Un- tersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad verbunden ist, und dass der Planetenträger das Stützelement des ersten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest in dem Gehäuse arretiert ist. Diese Ausführungsform des ersten Untersetzungsgetriebes ist allerdings mit einer Drehrichtungsumkehr zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement verbunden, die bei der Ausle- gung und Anordnung des Primärantriebs und der Elektromaschine berücksichtigt werden muss. To reduce the output speed of the drive assembly and increase the voltage applied to the drive wheel torque can be provided that between the output element of the superposition gear and the drive wheel, a first reduction gear is arranged, which is formed as a simple planetary gear and within the housing coaxially over the axle and axially is arranged between the superposition gear and the drive wheel. The first reduction gear designed as a planetary gear can be designed such that the sun gear forms the input element of the first reduction gear and is rotatably connected to the output element of the superposition gear, that the ring gear forms the output element of the first reduction gear and is rotatably connected to the drive wheel, and that the planet carrier forms the support element of the first reduction gear and is locked against rotation in the housing. However, this embodiment of the first reduction gear is associated with a reversal of rotation between the input member and the output member, which must be taken into account in the design and arrangement of the prime mover and the electric machine.
Wenn eine Drehrichtungsumkehr in dem ersten Untersetzungsgetriebe vermieden werden soll, ist vorgesehen, dass das Sonnenrad des Planetengetriebes das Ein- gangselement des ersten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, dass der Planetenträger des Planetengetriebes das Ausgangselement des ersten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad verbunden ist, und dass das Hohlrad des Planetengetriebes das Stützelement des ersten Untersetzungsgetrie- bes bildet und drehfest in dem Gehäuse arretiert ist. If a reversal of rotation is to be avoided in the first reduction gear, it is provided that the sun gear of the planetary gear forms the input element of the first reduction gear and is rotatably connected to the output element of the superposition gear, that the planet carrier of the planetary gear forms the output element of the first reduction gear and rotationally fixed is connected to the drive wheel, and that the ring gear of the planetary gear forms the support member of the first reduction gear and is locked against rotation in the housing.
Unabhängig davon, ob dem Überlagerungsgetriebe ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet ist oder nicht, kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes ein zweites Untersetzungsgetriebe angeordnet ist, das als ein einfaches Planetengetriebe ausgebildet und innerhalb des Gehäuses koaxial über der Achswelle und axial zwischen der Elektromaschine und dem Überlagerungsgetriebe angeordnet ist. Durch dieses zweite Untersetzungsgetriebe wird die an dem Rotor der Elektromaschine anliegende Drehzahl reduziert und das Drehmoment entsprechend er- höht. Hierdurch kann die Elektromaschine als ein relativ drehmomentschwacher Schnellläufer und somit entsprechend kompakt sowie leicht ausgebildet sein. Zudem können hierdurch, insbesondere wenn es sich bei dem Primärantrieb um ei- nen Tretantrieb handelt, die unterschiedlich hohen Betriebsdrehzahlen des Primärantriebs und des Sekundärantriebs aneinander angeglichen werden, was zu geringeren Wälzverlusten innerhalb des Überlagerungsgetriebes führt. Das als Planetengetriebe ausgebildete zweite Untersetzungsgetriebe ist derart ausgeführt, dass das Sonnenrad das Eingangselement des zweiten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist, dass der Planetenträger das Ausgangselement des zweiten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungs- getriebes verbunden ist, und dass das Hohlrad das Stützelement des zweiten Untersetzungsgetriebes bildet und drehfest in dem Gehäuse arretiert ist. Regardless of whether the superposition gearing a reduction gear is connected downstream or not, it can be provided that between the rotor of the electric machine and the second input element of the superposition gearing, a second reduction gear is arranged, which is formed as a simple planetary gear and within the housing coaxial with the axle shaft and is arranged axially between the electric machine and the superposition gear. By means of this second reduction gear, the rotational speed applied to the rotor of the electric machine is reduced and the torque is correspondingly increased. As a result, the electric machine can be configured as a relatively low-torque high-speed rotor and thus correspondingly compact and lightweight. Moreover, in particular if the primary drive can NEN pedal drive, the different high operating speeds of the prime mover and the secondary drive are matched to each other, resulting in lower rolling losses within the superposition gear. The second reduction gear designed as a planetary gear is designed such that the sun gear forms the input element of the second reduction gear and is rotatably connected to the rotor of the electric machine that the planet carrier forms the output element of the second reduction gear and is rotatably connected to the second input element of the superposition gear , and that the ring gear forms the support element of the second reduction gear and is locked against rotation in the housing.
Zur Erzielung kompakter Abmessungen der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist vorteilhaft ein Rotorträger vorgesehen, der drehbar auf der Achswelle gelagert ist, und an dem der Rotor der Elektromaschine sowie das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes oder das Eingangselement des zweiten Untersetzungsgetriebes befestigt sind. To achieve compact dimensions of the drive arrangement according to the invention, a rotor carrier is advantageously provided, which is rotatably mounted on the axle shaft, and to which the rotor of the electric machine and the second input element of the superposition gear or the input element of the second reduction gear are fixed.
Für denselben Zweck, insbesondere der Vermeidung einer innerhalb des Gehäu- ses angeordneten und ein Lager der Achswelle aufnehmenden Gehäuserippe, ist auch vorgesehen, dass mindestens eine der Lagerungen der Achswelle in dem Gehäuse durch eine drehbare Lagerung des Stützelementes des ersten Untersetzungsgetriebes oder des Stützelementes des zweiten Untersetzungsgetriebes auf der Achswelle gebildet ist. Die Übertragung der betreffenden Lagerkräfte von der Achswelle in das Gehäuse erfolgt dann über das ohnehin vorhandene, an dem Gehäuse befestigte Stützelement. For the same purpose, in particular the avoidance of arranged inside the housing and a bearing of the axle shaft receiving housing rib, it is also provided that at least one of the bearings of the axle in the housing by a rotatable mounting of the support member of the first reduction gear or the support element of the second Reduction gear is formed on the axle shaft. The transmission of the respective bearing forces from the axle shaft in the housing then takes place via the already existing, attached to the housing support member.
Wie schon zuvor erwähnt wurde, ist die Elektromaschine bevorzugt in beiden Drehrichtungen als Motor und als Generator betreibbar ausgebildet, da hierdurch ein großer Steuerungsbereich der an dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes und damit an dem Antriebslaufrad wirksamen Drehzahl, Drehrichtung und des Drehmomentes erzielt wird. Um das Austreten von Schmiermitteln und das Eindringen von Schmutz und Wasser zu vermeiden, kann der Innenraum des Gehäuses durch ein zwischen dem Gehäuse und dem Antriebslaufrad oder einem an diesem befestigten Bauteil an- geordnetes Dichtelement abgedichtet sein. As already mentioned, the electric machine is preferably designed to be operable in both directions of rotation as a motor and as a generator, since in this way a large control range of the effective speed, direction of rotation and torque acting on the output element of the superposition gear and thus on the drive wheel is achieved. In order to prevent the escape of lubricants and the ingress of dirt and water, the interior of the housing may be sealed by a sealing element arranged between the housing and the drive impeller or a component fastened thereto.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an vier Aus- führungsbeispielen weiter erläutert. Darin zeigt The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings in four exemplary embodiments. It shows
Fig. 1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einem Axialschnitt, Fig. 2 die Antriebsanordnung gemäß Fig. 1 in einem vergrößerten Ausschnitt, 1 shows a first embodiment of the drive arrangement according to the invention in an axial section, FIG. 2 shows the drive arrangement according to FIG. 1 in an enlarged detail,
Fig. 3 die erste Ausführung der Antriebsanordnung nach den Figuren 1 und 2 in einer schematischen Darstellung, eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung einer schematischen Darstellung, 3 shows the first embodiment of the drive arrangement according to FIGS. 1 and 2 in a schematic representation, a second embodiment of the drive arrangement according to the invention of a schematic illustration,
Fig. 5 eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung, und Fig. 5 shows a third embodiment of the drive assembly according to the invention in a schematic representation, and
Fig. 6 eine vierte Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einer schematischen Darstellung. Fig. 6 shows a fourth embodiment of the drive arrangement according to the invention in a schematic representation.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen Detailed description of the drawings
Eine in der schematischen Darstellung der Fig. 3 abgebildete erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1.1 eines Hybridfahrzeugs weist eine koaxiale Anordnung eines Abtriebsrades 2 eines Primärantriebs, einer Elektromaschine 3, eines Überlagerungsgetriebes 4, eines Untersetzungsgetriebes 5 und eines gemeinsamen Antriebslaufrades auf. Die Elektromaschine 3 besteht aus einem gehäusefest angeordneten Stator 6 und einem drehbaren Rotor 7. Das Überlagerungsgetriebe 4 ist als ein einfaches Planetengetriebe 8 mit einem Sonnenrad 9, einem mehrere Planetenräder 10 tragenden Planetenträger 1 1 und einem Hohlrad 12 ausgebildet. Das Sonnenrad 9 des Planetengetriebes 8 bildet das erste Eingangselement 13 des Überlagerungsgetriebes 4 und ist drehfest mit dem Abtriebsrad 2 des Primärantriebs verbunden. Das Hohlrad 12 des Planeten- getriebes 8 bildet das zweite Eingangselement 14 des Überlagerungsgetriebes 4 und ist drehfest mit dem Rotor 7 der Elektromaschine 3 verbunden. Der Planetenträger 1 1 des Planetengetriebes 8 bildet das Ausgangselement 15 des Überlagerungsgetriebes 4 und ist drehfest mit dem Eingangselement 21 des nachgeschalteten Untersetzungsgetriebes 5 verbunden. A depicted in the schematic representation of Fig. 3 first embodiment of a drive assembly according to the invention 1.1 a hybrid vehicle has a coaxial arrangement of a driven gear 2 of a prime mover, an electric machine 3, a superposition gear 4, a reduction gear 5 and a common drive impeller. The electric machine 3 consists of a stator fixed to the housing 6 and a rotatable rotor 7. The superposition gear 4 is formed as a simple planetary gear 8 with a sun gear 9, a plurality of planet gears 10 bearing planetary carrier 1 1 and a ring gear 12. The sun gear 9 of the planetary gear 8 forms the first input element 13 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the output gear 2 of the prime mover. The ring gear 12 of the planetary gear 8 forms the second input element 14 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the rotor 7 of the electric machine 3. The planet carrier 1 1 of the planetary gear 8 forms the output element 15 of the superposition gear 4 and is rotatably connected to the input element 21 of the downstream reduction gear 5.
Das Untersetzungsgetriebe 5 ist ebenfalls als ein einfaches Planetengetriebe 16 mit einem Sonnenrad 17, einem mehrere Planetenräder 18 tragenden Planetenträger 19 und einem Hohlrad 20 ausgebildet. Das Sonnenrad 17 dieses Planetengetriebes 16 bildet das Eingangselement 21 des Untersetzungsgetriebes 5 und ist drehfest mit dem Ausgangselement 15 des vorgeschalteten Überlagerungsgetriebes 4 verbunden. Das Hohlrad 20 dieses Planetengetriebes 16 bildet das Ausgangselement 22 des Untersetzungsgetriebes 5 und ist drehfest mit dem in Fig. 3 nicht näher dargestellten Antriebs lauf rad verbunden. Der Planetenträger 19 dieses Planetengetriebes 16 bildet das Stützelement 23 des Untersetzungsgetriebes 5 und ist gehäusefest arretiert. The reduction gear 5 is also formed as a simple planetary gear 16 with a sun gear 17, a planet carrier 18 carrying a plurality of planet wheels 19 and a ring gear 20. The sun gear 17 of this planetary gear 16 forms the input element 21 of the reduction gear 5 and is rotatably connected to the output element 15 of the upstream superposition gear 4. The ring gear 20 of this planetary gear 16 forms the output element 22 of the reduction gear 5 and is non-rotatably connected to the drive wheel in detail not shown in Fig. 3 wheel. The planet carrier 19 of this planetary gear 16 forms the support member 23 of the reduction gear 5 and is fixed to the housing.
In dem Überlagerungsgetriebe 4 werden die Drehmomente und Drehzahlen des Primärantriebs und des durch die Elektromaschine 3 gebildeten Sekundärantriebs zusammengeführt, wobei die zwischen dem Abtriebsrad 2 des Primärantriebs und dem Ausgangselement 15 des Überlagerungsgetriebes 14 wirksame Übersetzung durch die Ansteuerung der Elektromaschine 3 stufenlos einstellbar ist. So kann mit einer entsprechenden Ansteuerung der Elektromaschine 3 das Hybridfahrzeug ohne die Betätigung einer Betriebsbremse bis zum Stillstand abgebremst und mit hohem Drehmoment in beide Fahrtrichtungen angefahren werden. Zu diesem Zweck ist die Elektromaschine 3 vorteilhaft in beiden Drehrichtungen jeweils als Motor und als Generator betreibbar (Vier-Quadranten-Betrieb). In the superposition gear 4, the torques and speeds of the primary drive and the secondary drive formed by the electric machine 3 are brought together, the effective between the driven gear 2 of the primary drive and the output element 15 of the superposition gear 14 translation by the control of the electric machine 3 is continuously adjustable. Thus, with a corresponding control of the electric machine 3, the hybrid vehicle braked to a standstill without the operation of a service brake and started with high torque in both directions. For this purpose, the electric machine 3 is advantageous in both directions of rotation in each case as a motor and as a generator operable (four-quadrant operation).
Durch das nachgeordnete Untersetzungsgetriebe 5 wird die an dem Ausgangselement 15 des Überlagerungsgetriebes 4 anliegende Drehzahl reduziert und das Drehmoment entsprechend erhöht. Zudem erfolgt in dem Untersetzungsgetriebe 5 eine Umkehrung der Drehrichtung. By the downstream reduction gear 5 which is applied to the output element 15 of the superposition gear 4 speed is reduced and increases the torque accordingly. In addition, in the reduction gear 5, a reversal of the direction of rotation takes place.
Aufgrund der direkten Überlagerung der Drehzahlen des Primärantriebs und der Elektromaschine 3 in dem Überlagerungsgetriebe 4 ist die beschriebene Antriebsanordnung 1.1 für einen Primärantrieb geeignet, dessen an dem Abtriebsrad 2 anliegende Drehzahl in etwa in derselben Größenordnung wie diejenige der Elekt- romaschine 3 liegt, was z.B. für einen Verbrennungsmotor zutrifft. Dieser Antriebsmotor ist in dem Hybridfahrzeug zweckmäßig so angeordnet, dass das Abtriebsrad 2 des Primärantriebs entgegen der Drehrichtung des Antriebslaufrades bei Vorwärtsfahrt angetrieben wird. Die bei entsprechender Drehrichtung des Rotors 7 der Elektromaschine 3 ebenfalls entgegengesetzte Drehrichtung des Aus- gangselementes 15 des Überlagerungsgetriebes 4 wird dann in dem nachgeschalteten Untersetzungsgetriebe 5 in die richtige Drehrichtung umgekehrt. Due to the direct superimposition of the rotational speeds of the primary drive and the electric machine 3 in the superposition gear 4, the described drive arrangement 1.1 is suitable for a primary drive, whose rotational speed applied to the driven wheel 2 is approximately of the same order of magnitude as that of the electric machine 3, e.g. applies to an internal combustion engine. This drive motor is expediently arranged in the hybrid vehicle such that the output gear 2 of the primary drive is driven counter to the direction of rotation of the drive wheel when driving forwards. The corresponding direction of rotation of the rotor 7 of the electric machine 3 also opposite direction of rotation of the output element 15 of the superposition gear 4 is then reversed in the downstream reduction gear 5 in the correct direction of rotation.
Eine bevorzugte konstruktive Ausführung der vorbeschriebenen Antriebsanordnung 1.1 nach Fig. 3 ist in dem Axialschnitt von Fig. 1 und in dem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2 abgebildet. Bei dieser Antriebsanordnung 1.1 ist eine zentrale Achswelle 24 vorhanden, die drehbar in einem an dem Fahrzeugrahmen des Hybridfahrzeugs befestigten zylindrischen Gehäuse 25 gelagert ist. An dem ein- gangsseitigen Ende 26 der Achswelle 24 ist das Abtriebsrad 2 des Primärantriebs drehfest angeordnet. Vorliegend ist das Abtriebsrad 2 beispielhaft als das Ketten- rad 27 eines Kettentriebs 28 ausgebildet und durch eine Keilwellenverzahnung und eine Überwurfmutter auf der Achswelle 24 befestigt. An dem gegenüberliegenden ausgangsseitigen Ende 29 der Achswelle 24 ist das Antriebslaufrad 30 des Hybridfahrzeugs drehbar gelagert. Das Antriebs lauf rad 30 ist vorliegend als ein mit einem luftgefüllten Reifen 31 versehenes Scheibenrad ausgeführt, dessen Nabe 32 über mehrere umfangsseitig verteilt angeordnete Rip- pen 33 versteift und über zwei Kugellager 34 drehbar auf der Achswelle 24 gelagert ist. A preferred structural design of the above-described drive arrangement 1.1 according to FIG. 3 is shown in the axial section of FIG. 1 and in the enlarged detail of FIG. In this drive arrangement 1.1 a central axle shaft 24 is present, which is rotatably mounted in a fixed to the vehicle frame of the hybrid vehicle cylindrical housing 25. At the input end 26 of the axle shaft 24, the output gear 2 of the primary drive is arranged rotationally fixed. In the present case, the output gear 2 is exemplified as the sprocket 27 of a chain drive 28 and secured by a spline and a union nut on the axle 24. At the opposite output side end 29 of the axle 24, the drive wheel 30 of the hybrid vehicle is rotatably mounted. In the present case, the drive wheel 30 is designed as a disk wheel provided with an air-filled tire 31, the hub 32 of which is stiffened by a plurality of ribs 33 distributed over the circumference and is rotatably mounted on the axle shaft 24 via two ball bearings.
Innerhalb des Gehäuses 25 sind die Elektromaschine 3, das Überlagerungsgetriebe 4, und zumindest teilweise auch das Untersetzungsgetriebe 5 angeordnet. Der Stator 6 der Elektromaschine 3 ist über einen Befestigungsflansch 35 an einer eingangsseitigen Stirnwand 36 des Gehäuses 25 befestigt. Ein Rotorträger 37 ist über zwei Kugellager 38 drehbar auf der Achswelle 24 gelagert und trägt einerseits den Rotor 7 der Elektromaschine 3 und andererseits das Hohlrad 12 des axial benachbarten, vorliegend das Überlagerungsgetriebe 4 bildenden Planetengetrie- bes 8. Das Sonnenrad 9 des Überlagerungsgetriebes 4 ist drehfest auf der Achswelle 24 angeordnet. Der Planetenträger 1 1 des Überlagerungsgetriebes 4 ist über ein Nadellager 39 drehbar auf der Achswelle 24 gelagert und drehfest mit dem Sonnenrad 17 des axial benachbarten, vorliegend das nachgeschaltete Untersetzungsgetriebe 5 bildenden Planetengetriebes 16 verbunden. Within the housing 25, the electric machine 3, the superposition gear 4, and at least partially also the reduction gear 5 are arranged. The stator 6 of the electric machine 3 is fastened via a fastening flange 35 to an input-side end wall 36 of the housing 25. A rotor carrier 37 is rotatably mounted on the axle shaft 24 via two ball bearings 38 and carries on the one hand the rotor 7 of the electric machine 3 and on the other hand the ring gear 12 of the axially adjacent, in this case the superposition gear 4 forming Planetengetrie- bes 8. The sun gear 9 of the superposition gear 4 is rotationally fixed arranged on the axle 24. The planet carrier 1 1 of the superposition gear 4 is rotatably supported by a needle bearing 39 on the axle shaft 24 and rotatably connected to the sun gear 17 of the axially adjacent, in this case the downstream reduction gear 5 forming planetary gear 16.
Der eingangsseitige Teil 40 des Planetenträgers 19 des Untersetzungsgetriebes 5 ist drehfest an einer ausgangseitigen Stirnwand 41 des Gehäuses 25 befestigt, wogegen der ausgangsseitige Teil 42 dieses Planetenträgers 19 über ein Kugellager 43 drehbar auf der Achswelle gelagert ist. Zusammen mit einem an der ein- gangsseitigen Stirnwand 36 des Gehäuses 25 angeordneten Kugellager 44 bildet diese Kugellager 43, 44 somit die Lagerung der Achswelle 24 in dem Gehäuse 25. Das Hohlrad 20 des Untersetzungsgetriebes 5 ist drehfest an einem Abtriebsflansch 45 angeordnet, der seitlich an dem Abtriebs lauf rad 30 befestigt ist. Zur Abdichtung des durch das Gehäuse 25 und das Abtriebs lauf rad 30 eingeschlossenen Innenraums 46 ist ein vorliegend beispielhaft als ein Radialdichtring 48 ausgebildetes Dichtelement 47 vorgesehen. Dieser Radialdichtring 48 ist zwi- sehen einem an dem radialen Außenrand der ausgangsseitigen Stirnwand 41 des Gehäuses 25 angeordneten, radial hervorstehenden Ringsteg 49 und der zylindrischen Außenwand des sich axial erstreckenden Abtriebsflansches 45 angeordnet. Eine in der schematischen Darstellung von Fig. 4 abgebildete zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1.2 eines Hybridfahrzeugs unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 nur durch eine geänderte Ausbildung des dem Überlagerungsgetriebe 4 nachgeschalteten Untersetzungsgetriebes 5'. Das Untersetzungsgetriebe 5' ist ebenfalls als ein einfaches Planetengetriebe 16 mit einem Sonnenrad 17, einem mehrere Planetenräder 18 tragenden Planetenträger 19 und einem Hohlrad 20 ausgebildet. Ebenso bildet das Sonnenrad 17 dieses Planetengetriebes 16 das Eingangselement 21 des Untersetzungsgetriebes 5' und ist drehfest mit dem Ausgangselement 15 des vorgeschalteten Überlagerungsgetriebes 4 verbunden. Nunmehr bildet aber der Planetenträger 19 dieses Planetengetriebes 16 das Ausgangselement 22' des Untersetzungsgetriebes 5'. Demzufolge dient nun das Hohlrad 20 als Stützelement 23' des Untersetzungsgetriebes 5', welches daher gehäusefest arretiert ist. Die Drehrichtung des das Ausgangselement 22' bildenden Planetenträgers 19 entspricht somit der Drehrichtung des das Eingangselement 21 bildenden Sonnenra- des 17. Aufgrund vergleichbar großer Übersetzungen des jeweiligen Untersetzungsgetriebes 5, 5' entspricht die Funktionsweise der zweiten Ausführung der Antriebsanordnung 1.2 nach Fig. 4 bis auf die nun entfallende Drehrichtungsumkehr derjenigen der ersten Ausführungsvariante der Antriebsanordnung 1.1 nach Fig. 1 bis Fig. 3. The input side part 40 of the planetary carrier 19 of the reduction gear 5 is rotatably fixed to an output side end wall 41 of the housing 25, whereas the output side part 42 of this planet carrier 19 is rotatably supported by a ball bearing 43 on the axle shaft. Together with a ball bearing 44 arranged on the inlet-side end wall 36 of the housing 25, this ball bearing 43, 44 thus forms the bearing of the axle shaft 24 in the housing 25. The ring gear 20 of the reduction gear 5 is arranged non-rotatably on an output flange 45 which is laterally attached the output run wheel 30 is attached. To seal the wheel 25 enclosed by the housing 25 and the output wheel enclosed interior 46, a present example, as a radial sealing ring 48 formed sealing element 47 is provided. This radial seal 48 is between see arranged on the radial outer edge of the output-side end wall 41 of the housing 25, radially projecting annular web 49 and the cylindrical outer wall of the axially extending Abtriebsflansches 45. A depicted in the schematic representation of FIG. 4 second embodiment of a drive assembly 1.2 of a hybrid vehicle according to the invention differs from the first embodiment of Figures 1 to 3 only by a modified design of the superposition gear 4 downstream reduction gear 5 '. The reduction gear 5 'is also formed as a simple planetary gear 16 with a sun gear 17, a planet carrier 18 carrying a plurality of planet gears 19 and a ring gear 20. Likewise, the sun gear 17 of this planetary gear 16 forms the input element 21 of the reduction gear 5 'and is rotatably connected to the output element 15 of the upstream superposition gear 4. Now, however, the planetary carrier 19 of this planetary gear 16 forms the output element 22 'of the reduction gear 5'. Accordingly, now the ring gear 20 serves as a support member 23 'of the reduction gear 5', which is therefore locked fixed to the housing. The direction of rotation of the planetary carrier 19 forming the output element 22 thus corresponds to the direction of rotation of the sun gear 17 forming the input element 21. Due to comparably large ratios of the respective reduction gear 5, 5 ', the mode of operation of the second embodiment of the drive arrangement 1.2 according to FIG. 4 corresponds to FIG the now reversing direction of rotation reversal of those of the first embodiment of the drive assembly 1.1 of FIG. 1 to FIG. 3.
Eine in der schematischen Darstellung der Fig. 5 abgebildete dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1.3 eines Hybridfahrzeugs unterscheidet sich von den beiden vorbeschriebenen Ausführungen nach den Figuren 1 bis 4 dadurch, dass zwischen dem Rotor 7 der Elektromaschine 3 und dem zweiten Eingangselement 14 des Überlagerungsgetriebes 4 ein Untersetzungsgetriebe 50 angeordnet ist, und dass auf ein dem Überlagerungsgetriebe 4 nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe 5, 5' verzichtet wird. Das Untersetzungsgetriebe 50 ist als ein einfaches Planetengetriebe 51 mit einem Sonnenrad 52, einem mehrere Planetenräder 53 tragenden Planetenträger 54 und einem Hohlrad 55 ausgebildet. Das Sonnenrad 52 dieses Planetengetriebes 51 bildet das Eingangselement 56 des Untersetzungsgetriebes 50 und ist drehfest mit dem Rotor 7 der Elektromaschine 3 verbunden. Der Planetenträger 54 dieses Planetengetriebes 51 bildet das Ausgangselement 57 des Untersetzungsgetriebes 50 und ist drehfest mit dem Eingangselement 14 des nachgeschalteten Überlagerungsgetriebes 4 verbunden. Das Hohlrad 55 dieses Planetengetriebes 51 bildet das Stützelement 58 des Untersetzungsgetriebes 50 und ist gehäusefest arretiert. A third embodiment of a drive arrangement 1.3 of a hybrid vehicle according to the invention shown in the schematic representation of FIG. 5 differs from the two above-described embodiments according to FIGS. 1 to 4 in that between the rotor 7 of the electric machine 3 and the second input element 14 of the superposition gear 4 Reduction gear 50 is arranged, and that is omitted on a superposition gear 4 downstream reduction gear 5, 5 '. The reduction gear 50 is formed as a simple planetary gear 51 with a sun gear 52, a planet carrier 54 carrying a plurality of planet gears 53 and a ring gear 55. The sun gear 52 of this planetary gear 51 forms the input element 56 of the reduction gear 50 and is rotatably connected to the rotor 7 of the electric machine 3. The planet carrier 54 of this planetary gear 51 forms the output element 57 of the reduction gear 50 and is rotatably connected to the input element 14 of the downstream superposition gear 4. The ring gear 55 of this planetary gear 51 forms the support member 58 of the reduction gear 50 and is fixed to the housing.
Das nachgeschaltete Überlagerungsgetriebe 4 ist wie zuvor beschrieben aufgebaut, wobei das Sonnenrad 9 das drehfest mit dem Abtriebsrad 2 des Primärantriebs verbundene erste Eingangselement 13, das Hohlrad 12 das drehfest mit dem Ausgangselement 57 des vorgeschalteten Untersetzungsgetriebes 50 verbundene zweite Eingangselement 14, und der Planetenträger 1 1 das drehfest mit dem in Fig. 5 nicht näher dargestellten Antriebslaufrad verbundene Ausgangselement 15 bildet. In dem Untersetzungsgetriebe 50 wird die an dem Rotor 7 der Elektromaschine 3 anliegende Drehzahl reduziert und das Drehmoment entsprechend erhöht, bevor diese in dem nachgeschalteten Überlagerungsgetriebe 4 mit der an dem Abtriebsrad 2 des Primärantriebs anliegenden Drehzahl und dem betreffenden Drehmoment zusammengeführt werden. Die zwischen dem Abtriebsrad 2 des Primäran- triebs und dem Ausgangselement 15 des Überlagerungsgetriebes 4 wirksame Übersetzung kann wiederum durch eine entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine 3 stufenlos eingestellt werden, auch wenn dies an der Elektromaschine 3 nun größere Drehzahländerungen erfordert. Aufgrund der in dem Überlagerungsgetriebe 4 erfolgenden Überlagerung der Drehzahl des Primärantriebs mit der in dem Untersetzungsgetriebe 50 reduzierten Drehzahl der Elektromaschine 3 ist die beschriebene Antriebsanordnung 1.3 be- sonders für einen Primärantrieb geeignet, dessen an dem Abtriebsrad 2 anliegende Drehzahl deutlich niedriger ist als diejenige der Elektromaschine 3. Dies trifft z.B. für einen Tretantrieb zu, bei dem das Antriebsmoment über eine mit Tretkurbeln versehene Tretkurbelwelle durch Muskelkraft erzeugt und die dabei erzeugte Antriebsdrehzahl vergleichsweise niedrig ist. The downstream superposition gear 4 is constructed as described above, wherein the sun gear 9 rotatably connected to the output gear 2 of the primary drive first input member 13, the ring gear 12 rotatably connected to the output member 57 of the upstream reduction gear 50 second input member 14, and the planet carrier 1 the non-rotatably connected to the drive wheel not shown in Fig. 5 connected output element 15 forms. In the reduction gear 50, the voltage applied to the rotor 7 of the electric machine 3 speed is reduced and increases the torque accordingly, before they are brought together in the subsequent superposition gear 4 with the voltage applied to the output gear 2 of the prime mover and the torque in question. The effective between the driven gear 2 of the primary drive and the output element 15 of the superposition gear 4 ratio can in turn be adjusted continuously by a corresponding control of the electric machine 3, even if this requires greater speed changes to the electric machine 3. Due to the superimposition of the rotational speed of the primary drive in the superposition gearing 4 with the rotational speed of the electric machine 3 reduced in the reduction gearing 50, the drive arrangement 1.3 described is particularly suitable for a prime mover whose applied to the driven gear 2 speed is much lower than that of the electric machine 3. This is true for example for a pedal drive, in which the drive torque generated by a pedal crankshaft crankshaft generated by muscle power and the drive speed generated comparatively low is.
Eine in der schematischen Darstellung von Fig. 6 abgebildete vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1.4 eines Hybridfahrzeugs unterscheidet sich von der dritten Ausführungsvariante nach Fig. 5 nur durch eine geänderte Ausbildung des nachgeschalteten Überlagerungsgetriebes 4'. Das Ü- berlagerungsgetriebe 4' ist ebenfalls als ein einfaches Planetengetriebe 8 mit einem Sonnenrad 9, einem mehrere Planetenräder 10 tragenden Planetenträger 1 1 und einem Hohlrad 12 ausgebildet. Ebenso bildet das Sonnenrad 9 des Planetengetriebes 8 das erste Eingangselement 13 des Überlagerungsgetriebes 4' und ist drehfest mit dem Abtriebsrad 2 des Primärantriebs verbunden. Nunmehr bildet aber der Planetenträger 1 1 des Planetengetriebes 8 das zweite Eingangselement 14' des Überlagerungsgetriebes 4' und ist drehfest mit dem Ausgangselement 57 des vorgeschalteten Untersetzungsgetriebes 51 verbunden. Demzufolge bildet nun das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 8 das Ausgangselement 15' des Überlage- rungsgetriebes 4', das drehfest mit dem in Fig. 6 nicht näher dargestellten Antriebslaufrad verbunden ist. A fourth embodiment of a drive arrangement 1.4 according to the invention of a hybrid vehicle shown in the schematic representation of FIG. 6 differs from the third embodiment variant according to FIG. 5 only by a modified embodiment of the downstream superposition transmission 4 '. The Überlagerungsgetriebe 4 'is also formed as a simple planetary gear 8 with a sun gear 9, a plurality of planet gears 10 bearing planet carrier 1 1 and a ring gear 12. Likewise, the sun gear 9 of the planetary gear 8, the first input element 13 of the superposition gear 4 'and is rotatably connected to the output gear 2 of the prime mover. Now, however, the planet carrier 1 1 of the planetary gear 8, the second input element 14 'of the superposition gear 4' and is rotatably connected to the output member 57 of the upstream reduction gear 51. As a result, the ring gear 12 of the planetary gear 8 now forms the output element 15 'of the superimposition gear 4', which is connected in a rotationally fixed manner to the drive wheel (not shown in detail in FIG. 6).
Gegenüber der dritten Ausführungsform nach Fig. 5 ist mit der vorliegenden Ausführungsform der Antriebsanordnung 1.4 gemäß Fig. 6 ein Anhalten und ein Rück- wärts-Anfahren des Hybridfahrzeugs ohne eine Drehrichtungsumkehr an der Elektromaschine 3 möglich, so dass nunmehr eine in einer einzigen Drehrichtung als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine 3 ausreichend ist. Bezugszeichenliste Compared to the third embodiment according to FIG. 5, with the present embodiment of the drive arrangement 1.4 according to FIG. 6 it is possible to stop and reverse the hybrid vehicle without reversing the direction of rotation of the electric machine 3, so that now one in a single direction of rotation as a motor and electric generator 3 operable as a generator is sufficient. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1.1 Erste Antriebsanordnung 1.1 First drive arrangement
1.2 Zweite Antriebsanordnung  1.2 Second drive arrangement
1.3 Dritte Antriebsanordnung  1.3 Third drive arrangement
1.4 Vierte Antriebsanordnung  1.4 Fourth drive arrangement
2 Abtriebsrad  2 output gear
3 Elektromaschine  3 electric machine
4 Überlagerungsgetriebe  4 superposition gearbox
4' Überlagerungsgetriebe  4 'superposition gearbox
5 Erstes Untersetzungsgetriebe  5 First reduction gear
5' Erstes Untersetzungsgetriebe  5 'first reduction gear
6 Stator  6 stator
7 Rotor  7 rotor
8 Planetengetriebe  8 planetary gear
9 Sonnenrad von 8  9 sun wheel of 8
10 Planetenrad von 8  10 planet wheel of 8
1 1 Planetenträger von 8  1 1 planet carrier of 8
12 Hohlrad von 8  12 ring gear of 8
13 Erstes Eingangselement von 4, 4  13 First input element of 4, 4
14 Zweites Eingangselement von 4  14 second input element of 4
14' Zweites Eingangselement von 4'  14 'second input element of 4'
15 Ausgangselement von 4  15 output element of 4
15' Ausgangselement von 4'  15 'output element of 4'
16 Planetengetriebe  16 planetary gear
17 Sonnenrad von 16  17 sun wheel from 16
18 Planetenrad von 6  18 planet wheel of 6
19 Planetenträger von 16  19 planet carriers of 16
20 Hohlrad von 16  20 ring gear of 16
21 Eingangselement von 5, 5'  21 input element of 5, 5 '
22 Ausgangselement von 5 22' Ausgangselement von 5' 22 output element of 5 22 'output element of 5'
23 Stützelement von 5  23 supporting element of 5
23' Stützelement von 5' 23 'supporting element of 5'
24 Achswelle  24 axle shaft
25 Gehäuse 25 housing
26 Eingangsseitiges Ende der Achswelle 26 Input end of the axle shaft
27 Kettenrad 27 sprocket
28 Kettentrieb  28 chain drive
29 Ausgangsseitiges Ende der Achswelle 30 Antriebslaufrad  29 Output end of axle shaft 30 Drive wheel
31 Reifen  31 tires
32 Nabe des Antriebs lauf rads  32 Hub of the drive wheel
33 Rippe des Antriebslaufrads  33 rib of the drive wheel
34 Kugellager  34 ball bearings
35 Befestigungsflansch 35 mounting flange
36 Eingangsseitige Stirnwand des Gehäuses 36 Input side end wall of the housing
37 Rotorträger 37 rotor arm
38 Kugellager  38 ball bearings
39 Nadellager  39 Needle roller bearings
40 Eingangsseitiger Teil von 19 40 input side part of 19
41 Ausgangsseitige Stirnwand von 25 41 outlet-side end wall of 25
42 Ausgangsseitiger Teil von 19 42 output side of 19
43 Kugellager  43 ball bearings
44 Kugellager  44 ball bearings
45 Abtriebsflansch 45 output flange
46 Innenraum  46 interior
47 Dichtelement  47 sealing element
48 Radialdichtring  48 radial seal
49 Ringsteg  49 ring bridge
50 Zweites Untersetzungsgetriebe 50 Second reduction gear
51 Planetengetriebe  51 planetary gear
52 Sonnenrad von 51 Planetenrad von 51 Planetenträger von 51 Hohlrad von 51 52 sun wheel of 51 Planet wheel of 51 planet carrier of 51 ring gear of 51
Eingangselement von 50 Ausgangselement von 50 Stützelement von 50 Input element of 50 output element of 50 support element of 50

Claims

Patentansprüche claims
Antnebsanordnung eines Hybridfahrzeugs, das einen als Tretantrieb oder als Verbrennungsmotor ausgebildeten Primärantrieb und einen als Elektro- maschine (3) ausgebildeten Sekundärantrieb aufweist, mit einer koaxialen Anordnung eines Abtriebsrades (2) des Primärantriebs, der Elektromaschi- ne (3), eines gemeinsamen Antriebs lauf rades (30) und eines als einfaches Planetengetriebe (8) ausgebildeten Überlagerungsgetriebes (4, 4'), über welches das Abtriebsrad (2) des Primärantriebs und der Rotor (7) der Elekt- romaschine (3) mit dem Antriebs lauf rad (30) in Triebverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Achswelle (24) vorgesehen ist, die drehbar in einem rahmenfesten Gehäuse (25) gelagert ist, dass an einem Ende (26) der Achswelle (24) das Abtriebsrad (2) des Primärantriebs drehfest angeordnet und an dem axial gegenüberliegenden Ende (29) das Antriebslaufrad (30) drehbar gelagert ist, und dass die Elektromaschine (3) und das Überlagerungsgetriebe (4, 4') innerhalb des Gehäuses (25) axial zwischen dem Abtriebsrad (2) und dem Antriebslaufrad (30) angeordnet sind. Antnebsanordnung a hybrid vehicle, which has designed as a pedal drive or as an internal combustion engine prime mover and designed as an electric machine (3) secondary drive, with a coaxial arrangement of a driven gear (2) of the prime mover, the electric machine (3), a common drive run Rades (30) and designed as a simple planetary gear (8) superposition gear (4, 4 '), via which the output gear (2) of the primary drive and the rotor (7) of the electric machine (3) with the drive wheel (30 ) are in driving connection, characterized in that a central axle shaft (24) is provided, which is rotatably mounted in a frame-fixed housing (25), that at one end (26) of the axle shaft (24) the output gear (2) of the prime mover rotatably arranged and at the axially opposite end (29) the drive wheel (30) is rotatably mounted, and that the electric machine (3) and the superposition gear (4, 4 ') inn axially of the housing (25) between the driven gear (2) and the drive wheel (30) are arranged.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (9) des Planetengetriebes (8) das erste Eingangselement (13) des Überlagerungsgetriebes (4) bildet und drehfest mit der Achswelle (24) verbunden ist, dass das Hohlrad (12) des Planetengetriebes (8) das zweite Eingangselement (14) des Überlagerungsgetriebes (4) bildet und drehfest mit dem Rotor (7) der Elektromaschine (3) verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht, und dass der Planetenträger (1 1 ) des Planetengetriebes (4) das Ausgangselement (15) des Überlagerungsgetriebes (4) bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad (30) verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the sun gear (9) of the planetary gear (8) forms the first input element (13) of the superimposed gear (4) and is non-rotatably connected to the axle shaft (24) that the ring gear (12) of the planetary gear (8) forms the second input element (14) of the superposition gear (4) and non-rotatably connected to the rotor (7) of the electric machine (3) or is in drive connection therewith, and in that the planet carrier (1 1) of the planetary gear (4) forms the output element (15) of the superposition gear (4) and rotatably connected to the drive wheel (30) or is in drive connection therewith.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (9) des Planetengetriebes (8) das erste Eingangselement (13) des Überlagerungsgetriebes (4') bildet und drehfest mit der Achswelle (24) verbunden ist, dass der Planetenträger (1 1 ) des Planetengetriebes (8) das zweite Eingangselement (14') des Überlagerungsgetriebes (4') bildet und drehfest mit dem Rotor (7) der Elektromaschine (3) verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht, und dass das Hohlrad (12) des Planetengetriebes (8) das Ausgangselement (15') des Überlagerungsgetriebes (4') bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad (30) verbunden ist oder mit diesem in Triebverbindung steht. Drive arrangement according to Claim 1, characterized in that the sun gear (9) of the planetary gear (8) transmits the first input element (13). of the superimposed gear (4 ') and rotatably connected to the axle shaft (24), that the planet carrier (1 1) of the planetary gear (8), the second input element (14') of the superposition gear (4 ') and rotatably connected to the rotor ( 7) of the electric machine (3) is connected or in drive connection therewith, and in that the ring gear (12) of the planetary gear (8) forms the output element (15 ') of the superposition gear (4') and is non-rotatably connected to the drive wheel (30) is or is in driving contact with this.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgangselement (15) des Überlagerungsgetriebes (4) und dem Antriebslaufrad (30) ein erstes Untersetzungsgetriebe (5, 5') angeordnet ist, das als ein einfaches Planetengetriebe (16) ausgebildet und innerhalb des Gehäuses (25) koaxial über der Achswelle (24) sowie axial zwischen dem Überlagerungsgetriebe (4) und dem Antriebslaufrad (30) angeordnet ist. Drive arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the output element (15) of the superposition gear (4) and the drive wheel (30), a first reduction gear (5, 5 ') is arranged, which acts as a simple planetary gear (16). is formed and disposed within the housing (25) coaxially over the axle shaft (24) and axially between the superposition gear (4) and the drive wheel (30).
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (17) des Planetengetriebes (16) das Eingangselement (21 ) des ersten Untersetzungsgetriebes (5) bildet und drehfest mit dem Ausgangselement (15) des Überlagerungsgetriebes (4) verbunden ist, dass das Hohlrad (20) des Planetengetriebes (16) das Ausgangselement (22) des ersten Untersetzungsgetriebes (5) bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad (30) verbunden ist, und dass der Planetenträger (19) des Planetengetriebes (16) das Stützelement (23) des ersten Untersetzungsgetriebes (5) bildet und drehfest in dem Gehäuse (25) arretiert ist. Drive arrangement according to claim 4, characterized in that the sun gear (17) of the planetary gear (16) forms the input element (21) of the first reduction gear (5) and is non-rotatably connected to the output element (15) of the superposition gear (4), that the ring gear (20) of the planetary gear (16), the output member (22) of the first reduction gear (5) and rotationally fixed to the drive wheel (30) is connected, and that the planet carrier (19) of the planetary gear (16), the support element (23) of the first Reduction gear (5) forms and rotationally fixed in the housing (25) is locked.
Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (17) des Planetengetriebes (16) das Eingangselement (21 ) des ersten Untersetzungsgetriebes (5') bildet und drehfest mit dem Ausgangselement (15) des Überlagerungsgetriebes (4) verbunden ist, dass der Planetenträger (19) des Planetengetriebes (16) das Ausgangselement (22') des ersten Untersetzungsgetriebes (5') bildet und drehfest mit dem Antriebslaufrad (30) verbunden ist, und dass das Hohlrad (20) des Planetengetriebes (16) das Stützelement (23') des ersten Untersetzungsgetriebes (5') bildet und drehfest in dem Gehäuse (25) arretiert ist. Drive arrangement according to Claim 4, characterized in that the sun gear (17) of the planetary gear (16) forms the input element (21) of the first reduction gear (5 ') and is non-rotatably connected to the output element (15) of the superposition gear (4) Planet carrier (19) of the planetary gear (16) the output element (22 ') the first reduction gear (5 ') and rotatably connected to the drive wheel (30) is connected, and that the ring gear (20) of the planetary gear (16), the support member (23') of the first reduction gear (5 ') and rotatably in the housing (25) is locked.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (7) der Elektromaschine (3) und dem zweiten Eingangselement (14, 14') des Überlagerungsgetriebes (4, 4') ein zweites Untersetzungsgetriebe (50) angeordnet ist, das als ein einfaches Planetengetriebe (51 ) ausgebildet und innerhalb des Gehäuses (25) koaxial über der Achswelle (24) und axial zwischen der Elektromaschine (3) und dem Überlagerungsgetriebe (4, 4') angeordnet ist. Drive arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that between the rotor (7) of the electric machine (3) and the second input element (14, 14 ') of the superposition gear (4, 4'), a second reduction gear (50) is arranged formed as a simple planetary gear (51) and disposed within the housing (25) coaxially over the axle shaft (24) and axially between the electric machine (3) and the superposition gear (4, 4 ').
Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (52) des Planetengetriebes (51 ) das Eingangselement (56) des zweiten Untersetzungsgetriebes (50) bildet und drehfest mit dem Rotor (7) der Elektromaschine (3) verbunden ist, dass der Planetenträger (54) des Planetengetriebes (51 ) das Ausgangselement (58) des zweiten Untersetzungsgetriebes (50) bildet und drehfest mit dem zweiten Eingangselement (14, 14') des Überlagerungsgetriebes (4, 4') verbunden ist, und dass das Hohlrad (55) des Planetengetriebes (51 ) das Stützelement (58) des zweiten Untersetzungsgetriebes (50) bildet und drehfest in dem Gehäuse (25) arretiert ist. Drive arrangement according to claim 7, characterized in that the sun gear (52) of the planetary gear (51) the input member (56) of the second reduction gear (50) and rotatably connected to the rotor (7) of the electric machine (3) is connected, that the planet carrier (54) of the planetary gear (51) the output element (58) of the second reduction gear (50) and rotatably connected to the second input element (14, 14 ') of the superposition gear (4, 4') is connected, and that the ring gear (55) of the planetary gear (51) forms the support element (58) of the second reduction gear (50) and is locked against rotation in the housing (25).
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotorträger (37) vorgesehen ist, der drehbar auf der Achswelle (24) gelagert ist, und an dem der Rotor (7) der Elektromaschine (3) sowie das zweite Eingangselement (14, 14') des Überlagerungsgetriebes (4, 4') oder das Eingangselement (56) des zweiten Untersetzungsgetriebes (50) befestigt sind. Drive arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that a rotor carrier (37) is provided, which is rotatably mounted on the axle shaft (24), and on which the rotor (7) of the electric machine (3) and the second input element ( 14, 14 ') of the superposition gear (4, 4') or the input element (56) of the second reduction gear (50) are fixed.
10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Achswelle (24) in dem Gehäuse (25) eine drehbare Lagerung des Stützelementes (23, 23') des ersten Untersetzungsgetriebes (5, 5') oder des Stützelementes (58) des zweiten Unterset- zungsgetriebes (50) auf der Achswelle (24) aufweist. 10. Drive arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the mounting of the axle shaft (24) in the housing (25) has a rotatable mounting of the support element (23, 23 ') of the first reduction gear (5, 5') or Supporting element (58) of the second reduction gear (50) on the axle shaft (24).
1 1. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) derartig ausgebildet ist, dass sie in beiden Drehrichtungen als Motor und als Generator betreibbar ist. 1 1. Drive arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electric machine (3) is designed such that it is operable in both directions of rotation as a motor and as a generator.
12. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (25) und dem Antriebslaufrad (30) oder einem an diesem befestigten Bauteil (45) ein Dichtelement (47) angeordnet ist. 12. Drive arrangement according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that between the housing (25) and the drive wheel (30) or a component attached to this (45), a sealing element (47) is arranged.
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