WO2020160717A1 - Getriebeeinheit mit einer schiebemuffe zum umsetzen von vier schaltstellungen; antriebsstrang sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Getriebeeinheit mit einer schiebemuffe zum umsetzen von vier schaltstellungen; antriebsstrang sowie kraftfahrzeug Download PDF

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gear
drive shaft
sliding sleeve
drive
electrical machine
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Laurent BAYOUX
Dierk Reitz
Andreas KAKSA
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Definitions

  • Gear unit with a sliding sleeve for converting four switching positions; Drive train as well as Kraftfahrzeuq
  • the invention relates to a transmission unit which is realized as a hybrid transmission unit and for use in a hybrid motor vehicle, such as a car, truck,
  • the transmission unit is also referred to as a hybrid transmission and relates to a device that has both a transmission and an electric machine.
  • the invention also relates to a drive train for a motor vehicle with this transmission unit.
  • the invention also relates to the motor vehicle.
  • P2 parallel hybrids as well as serial, serial parallel or power split hybrids are known from the prior art.
  • P2 parallel hybrids there is an electrical machine between an internal combustion engine and a gearbox, mainly with seven to eight gears.
  • the internal combustion engine can be decoupled from the rest of the drive train with the aid of a clutch.
  • the motor vehicle can be operated in pure electric mode, with the electric machine delivering the torque to the transmission and not to the internal combustion engine.
  • already existing transmissions with an electric machine and a separating clutch can be used ver; there is no need to develop a specific hybrid transmission system, which can be time-consuming and consequently costly for applications with low production volumes.
  • serial hybrid a generator driven by the internal combustion engine is used to generate electricity, which generator is used to drive another electric machine, the electric machine then in turn driving the vehicle. If the internal combustion engine also transmits at least part of its power mechanically to the wheels of the motor vehicle, it is referred to as a serial-parallel hybrid.
  • a transmission unit for a hybrid motor vehicle has a first drive shaft which can be connected to an internal combustion engine and which rotatably receives a first gearwheel, a second drive shaft which can be connected to a differential and which rotatably receives a second gearwheel, an electrical machine coupled to a gearwheel and a sliding sleeve, which sliding sleeve has such the gears are arranged so that the first drive shaft is in a (first) switching position of the sliding sleeve by direct connection of the first gear with the second gear with the second drive shaft and the electrical machine in three further switching positions (second to fourth switching positions) the sliding sleeve is connected to the first drive shaft and / or to the second drive shaft by direct connection of the third gear to the first gear and / or to the second gear.
  • This inventive design of the gear unit a radially especially compact structure is realized.
  • the structure is also kept simple in that as many switching positions as possible can be selected using the sliding sleeve.
  • the transmission unit is prepared on the one hand to implement all neces sary drive states of the motor vehicle, on the other hand, its structure is kept as simple as possible.
  • the individual switching positions are implemented by different shift positions / axial positions of the sliding sleeve along an axis of rotation around which the first and second drive shafts are rotatably mounted.
  • the sliding sleeve is designed in such a way that the electrical machine in a first switching position of the sliding sleeve, in which the first drive shaft by direct connection of the first gear with the second gear by means of the sliding sleeve with the second drive shaft is connected, is separated / decoupled from the first drive shaft and the second drive shaft.
  • the sliding sleeve is designed in such a way that in its second switching position it couples the first drive shaft through the direct connection of the first gear with the third gear with the electrical machine, the second drive shaft from the first drive shaft and is separated / decoupled from the electrical machine.
  • the sliding sleeve is designed in such a way that in its third switching position it couples the second drive shaft to the electrical machine by directly connecting the second gear to the third gear, the first drive shaft being connected to the second drive shaft as well as from the electrical machine is disconnected / decoupled.
  • the sliding sleeve is also advantageously designed in such a way that, in its fourth switching position, it couples both the first drive shaft to the second drive shaft by directly connecting the first gear to the second gear, i.e. also the first drive shaft and the second drive shaft each by direct connection of the first Gear with the third gear and the second gear with the third gear with the electrical machine.
  • the second gear is arranged between the first gear and the third gear as viewed in an axial direction of an axis of rotation of the second drive shaft.
  • the third gear is hollow and is axially penetrated by the second drive shaft.
  • the invention also relates to a drive train for a motor vehicle, with a gear unit according to the invention according to at least one of the previously described embodiments and a drive axle connected to the gear unit (front axle or rear axle of the motor vehicle).
  • the second drive shaft is coupled to a first drive axle (preferably a front axle) and an additional electric drive unit, which can be supplied with drive power by a generator operation of the electric machine, with a second drive axle (preferably a rear axle) is coupled.
  • a first drive axle preferably a front axle
  • an additional electric drive unit which can be supplied with drive power by a generator operation of the electric machine
  • the invention further relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and a drive train according to at least one of the above-described implementations, the first drive shaft of the transmission unit being connected or connectable to an output shaft of the internal combustion engine.
  • a dedicated hybrid transmission (transmission unit) is implemented with a sliding sleeve and with four shift positions.
  • an internal combustion engine In a motor vehicle with a hybrid drive train, an internal combustion engine, an electric machine and a (fully) integrated sliding sleeve with four switching positions are used.
  • the internal combustion engine can only be connected to a wheel / drive axle via one gear.
  • the electric machine can also only be connected to the wheel with the drive axle or alternatively with the internal combustion engine via a gear.
  • the sliding sleeve guides the processing of the internal combustion engine and the electrical machine.
  • the electric machine is connected to the drive train in a so-called P4 arrangement (E-
  • Axis coupled in order to be able to run a serial operation.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a hybri the transmission unit according to the invention according to a preferred embodiment, wherein a sliding sleeve and several gears of the transmission unit that cooperate with the sliding sleeve can be clearly seen,
  • Fig. 2 is a plan view of a schematically illustrated motor vehicle which
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the gear unit, similar to FIG. 1, the sliding sleeve being arranged in a first switching position in which a first drive shaft is connected to a second drive shaft.
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of the transmission unit, similar to FIG. 1, the sliding sleeve being arranged in a second switching position in which the first drive shaft is coupled to an electrical machine.
  • FIG. 6 shows a longitudinal sectional view of the transmission unit, similar to FIG. 1, with both the first drive shaft and the second drive shaft being coupled to the electrical machine in a fourth switching position of the sliding sleeve.
  • the figures are only of a schematic nature and serve exclusively to understand the invention. The same elements are provided with the same reference numerals.
  • a part of a drive train 15 of a hybrid motor vehicle 2 is least a transmission unit 1 according to the invention can be seen well.
  • the transmission unit 1 used in the drive train 15 is implemented as a flybridge transmission.
  • a preferred position of the transmission unit 1 with respect to a motor vehicle 2 can also be seen in connection with FIG.
  • the transmission unit 1 is therefore preferably set on a first drive axle 14a, converting an electric axle.
  • the transmission unit 1 is by means of an output of the transmission unit 1 bil Denden (second) drive shaft 8, as described in more detail below, with a differential 6 and from there coupled to partial shafts of the first drive axle 14a.
  • the first drive axle 14a is implemented as a front axle.
  • an input of the gear unit 1 is formed by a first drive shaft 5.
  • the first drive shaft 5 is non-rotatably connected to an output shaft 16 of an internal combustion engine 3, such as a diesel or Otto engine.
  • a torsional vibration damper 17 is also located between the output shaft 16 and the first drive shaft 5.
  • the first drive shaft 5 can be decoupled from the output shaft 16 via a coupling not shown here for the sake of clarity. In this embodiment, however, there is a permanent rotary connection between the output shaft 16 and the first drive shaft 5.
  • the internal combustion engine 3 is decoupled from the remaining components of the drive train 15 via a sliding sleeve 11 described below.
  • the second drive shaft 8 which forms the output of the gear unit 1, is arranged coaxially to the first drive shaft 5, which forms an input of the gear unit 1.
  • the first drive shaft 5 and the second drive shaft 8 are consequently offset / arranged next to one another along (in an axial direction) a common axis of rotation 12.
  • the transmission unit 1 also has an electric machine 10.
  • This electrical machine 10 is arranged with its rotor 20 / a rotor axis of rotation 19, about which the rotor 20 is rotatably mounted, parallel, ie offset ra dial, to the central axis of rotation 12.
  • the electrical machine 10 typically has a stator 21, which is fixed angeord net in a transmission housing not shown here for the sake of clarity.
  • a rotatably connected to the rotor 20, about the rotor axis 19 rotatable rotor shaft 22 is rotatably coupled via an additional gear stage 23 / transmission stage with a hollow shaft 24 which is arranged radially outside the second drive shaft 8.
  • the rotor shaft 22 is permanently coupled to the hollow shaft 24 in a rotationally fixed manner via the gear stage 23.
  • the first drive shaft 5 has a fixed first toothed wheel 4.
  • the first gear 4 is thus permanently connected to the first drive shaft 5 in a rotationally fixed manner.
  • the second drive shaft 8 has a fixed second gear 7.
  • the second gear 7 is thus permanently connected to the second drive shaft 8 in a rotationally fixed manner.
  • the hollow shaft 24 has a fixed third gear 9 provided.
  • This third gear 9 is permanently connected to the hollow shaft 24 in a rotationally fixed manner.
  • a fourth gear 18, which is axially offset to the third gear 9 and also firmly connected to the hollow shaft 24, is permanently coupled to the Ro gate shaft 22 via the gear stage 23, that is to say an intermediate gear 28. It can be seen that the second gear 7 is arranged between the first gear 4 and the third gear 9 when viewed in an axial direction.
  • a single sliding sleeve 11 is present, which is designed to convert four different switching positions. These different switching positions are shown in FIGS. 3 to 6 illustrated in detail with the corresponding torque transmission paths.
  • the sliding sleeve 11 In a first switching position according to FIG. 3, the sliding sleeve 11 is displaced in such a way that it connects the first drive shaft 5 to the second drive shaft 8 directly.
  • the first toothed wheel 4 is in tooth engagement with a first toothed area 25 of the (one-piece) sliding sleeve 11, and the first toothed area 25 is located further with the second Gear 7 in mesh.
  • the sliding sleeve 11 In this first switching position, the sliding sleeve 11 is spaced apart from / out of meshing with the third gear 9, so that the third gear 9 is separated / decoupled from both the first drive shaft 5 and the second drive shaft 8. Consequently, the electrical machine 10 is completely decoupled from the two drive shafts 5, 8 in this first switching position.
  • the first switching position is switched in particular in a drive state of the motor vehicle 2 in which a drive power is generated exclusively by the internal combustion engine 3 (purely internal combustion engine operation).
  • the sliding sleeve 11 is shifted relative to the first switching position in such a way that it couples the first drive shaft 5 to the electrical machine 10.
  • the second drive shaft 8 is decoupled from the first drive shaft 5 and the electrical machine 10.
  • the sliding sleeve 1 1 is in the second switching position with its first toothing area 25 exclusively with the third gear 9 in tooth engagement.
  • With a second toothing region 26 which is axially spaced from the first toothing region 25, the sliding sleeve 11 is in tooth engagement with the first gearwheel 4.
  • the first drive shaft 5 is coupled to the electrical machine 10 via the first gear 4, the sliding sleeve 11 and the third gear 9.
  • the sliding sleeve 1 1 has in the axial direction between the two Veriereungsberei surfaces 25, 26 a bridging area 27, which enables the axially between tween the first gear 4 and the third gear 9 second gear 7 in the second switching position out of mesh with the Sliding sleeve 1 1 is.
  • the second switching position is preferably for an engine start of the internal combustion engine 3 by the electric machine 10 and for charging (stationary charging / generator operation) of the electric machine 10 via the internal combustion engine 3 ge switched.
  • a third switching position is illustrated with FIG. 5.
  • the sliding sleeve 11 is arranged in such a way that it couples the second drive shaft 8 to the electrical machine 10.
  • the second gear 7 is in tooth engagement with the first gear area 25 and the first gear area 25 is in mesh with the third gear 9.
  • the bridging area 27 is arranged in the axial direction above the first gear 4, that is, the first gear 4 is net angeord out of meshing with the sliding sleeve 11.
  • the first drive shaft 5 is thus decoupled both from the second drive shaft 8 and from the electrical machine 10.
  • This third switching position is implemented in a purely electric drive state and in a recuperation state of the motor vehicle 2.
  • the sliding sleeve 11 is also net angeord in a fourth switching position.
  • the sliding sleeve 1 1 connects the first drive shaft 5 with the second drive shaft 8 and with the electrical machine 10 and the second drive shaft 8 with the first drive shaft 5 and with the electrical machine 10.
  • the sliding sleeve 1 1 is arranged in this fourth switching position in such a way that the first, second and third gear 4, 7, 9 are coupled to one another in a rotationally fixed manner via the common toothed area 25.
  • Both the first gear 4 and the second gear 7 as well as the third gear 9 are each in meshing engagement with the first gear area 25. This in turn enables different operating states of the motor vehicle 2, for example a hybrid operating state or a boost mode or a generator mode .
  • a further electrical drive unit gat 13 which is illustrated in FIG. 2 with dashed lines, is used in the drive train 15.
  • This electrical drive unit 13 is preferably used as a drive machine in generator mode of the electrical machine 10.
  • the electric drive unit 13 is arranged on a second drive axle 14b of the motor vehicle 2, which second drive axle 14b is implemented here as a rear axle. This means that a hybridized all-wheel drive vehicle can also be efficiently implemented.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einer mit einer Verbrennungskraftmaschine (3) verbindbaren, ein erstes Zahnrad (4) drehfest aufnehmenden, ersten Triebwelle (5), einer mit einem Differential (6) verbindbaren, ein zweites Zahnrad (7) drehfest aufnehmenden, zweiten Triebwelle (8), einer mit einem dritten Zahnrad (9) gekoppelten elektrischen Maschine (10) und einer Schiebemuffe (11), welche Schiebemuffe (11) derart auf die Zahnräder (4, 7, 9) abgestimmt angeordnet ist, dass die erste Triebwelle (5) in einer Schaltstellung der Schiebemuffe (11) durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem zweiten Zahnrad (7) mit der zweiten Triebwelle (8) verbunden ist und die elektrische Maschine (10) in drei weiteren Schaltstellungen der Schiebemuffe (11), durch direkte Verbindung des dritten Zahnrades (9) mit dem ersten Zahnrad (4) und/oder mit dem zweiten Zahnrad (7), mit der ersten Triebwelle (5) und/oder mit der zweiten Triebwelle (8) verbunden ist. Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang (15) sowie ein Kraftfahrzeug (2).

Description

Getriebeeinheit mit einer Schiebemuffe zum Umsetzen von vier Schaltstellunqen; Antriebsstranq sowie Kraftfahrzeuq
Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit, die als eine hybride Getriebeeinheit reali siert ist und für den Einsatz in einem hybriden Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, Lkw,
Bus oder sonstigen Nutzfahrzeug, ausgebildet ist. Die Getriebeeinheit ist auch als Hybridgetriebe bezeichnet und betrifft eine Einrichtung, die sowohl ein Getriebe als auch eine elektrische Maschine aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit dieser Getriebeeinheit. Auch betrifft die Erfin dung das Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind so genannte P2-Parallelhybride sowie seriell, seriell parallel oder leistungsverzweigte (power-split) Hybride bekannt. Bei P2-Parallelhybri- den befindet sich eine elektrische Maschine zwischen einer Verbrennungskraftma schine und einem Getriebe, hauptsächlich unter dem Realisieren von sieben bis acht Gängen. Die Verbrennungskraftmaschine kann vom restlichen Antriebsstrang mit Hilfe einer Kupplung abgekoppelt sein. Der Betrieb des Kraftfahrzeuges kann im reinen Elektromodus erfolgen, wobei die elektrische Maschine das Drehmoment an das Ge triebe und nicht an die Verbrennungskraftmaschine abgibt. Hierdurch können bereits bestehende Getriebe mit einer elektrischen Maschine und einer Trennkupplung ver wendet werden; es entfällt die Notwendigkeit, ein spezifisches hybrides Getriebesys tem zu entwickeln, was bei Anwendungen mit geringer Produktionsmenge aufwändig und folglich kostspielig sein kann. Bei einem seriellen Hybriden wird ein von der Ver brennungskraftmaschine angetriebener Generator zur Stromerzeugung eingesetzt, der zum Antrieb einer weiteren elektrischen Maschine verwendet wird, wobei die elektrische Maschine dann wiederum das Fahrzeug antreibt. Überträgt die Verbren nungskraftmaschine zumindest einen Teil ihrer Leistung zusätzlich mechanisch auf die Räder des Kraftfahrzeuges, wird von einem Seriell-parallel-Hybriden gesprochen.
Seitens der P2-Parallelhybride einerseits besteht der Nachteil, dass diese zur Reali sierung von Kraftfahrzeugen mit großen Antriebsleistungen relativ großbauend umge- setzt sind und somit deutlich mehr Bauraum in Anspruch nehmen. Andererseits be steht der Nachteil der seriellen, seriell-parallel oder leistungsverzweigten Hybride da rin, dass deren Aufbau häufig relativ aufwändig ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine hybride Getriebeeinheit zur Verfügung zu stellen, die einen deutlich vereinfachten Aufbau aufweist, jedoch auch für das Umsetzen größerer Antriebsleistungen möglichst kompakt ausgebildet ist.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Getriebeeinheit für ein hybrides Kraftfahrzeug beansprucht. Die Getriebeein heit weist eine mit einer Verbrennungskraftmaschine verbindbare, ein erstes Zahnrad drehfest aufnehmende, erste Triebwelle, eine mit einem Differential verbindbare, ein zweites Zahnrad drehfest aufnehmende, zweite Triebwelle, eine mit einem Zahnrad gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Schiebemuffe auf, welche Schiebemuffe derart auf die Zahnräder abgestimmt angeordnet ist, dass die erste Triebwelle in einer (ersten) Schaltstellung der Schiebemuffe durch direkte Verbindung des ersten Zahnra des mit dem zweiten Zahnrad mit der zweiten Triebwelle verbunden ist und die elektri sche Maschine in drei weiteren Schaltstellungen (zweite bis vierte Schaltstellungen) der Schiebemuffe, durch direkte Verbindung des dritten Zahnrades mit dem ersten Zahnrad und/oder mit dem zweiten Zahnrad, mit der ersten Triebwelle und/oder mit der zweiten Triebwelle verbunden ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung der Getriebeeinheit wird ein radial beson ders kompakter Aufbau realisiert. Auch ist der Aufbau einfach gehalten, indem durch die vorhandene Schiebemuffe möglichst viele Schaltstellungen gewählt werden kön nen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert. Ist die Schiebemuffe zum Umsetzen von nicht mehr als vier unterschiedlichen Schalt stellungen ausgebildet, ist die Getriebeeinheit einerseits zum Umsetzen aller notwen digen Antriebszustände des Kraftfahrzeuges vorbereitet, andererseits in ihrem Aufbau möglichst einfach gehalten. Die einzelnen Schaltstellungen werden durch unterschied liche Verschiebepositionen / axiale Positionen der Schiebemuffe entlang einer Dreh achse, um die die erste und zweite Triebwelle drehbar gelagert sind, umgesetzt.
Für eine besonders praxistaugliche Funktion der Getriebeeinheit ist es von Vorteil, wenn die Schiebemuffe derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung der Schiebemuffe, in der die erste Triebwelle durch direkte Ver bindung des ersten Zahnrades mit dem zweiten Zahnrad mittels der Schiebemuffe mit der zweiten Triebwelle verbunden ist, von der ersten Triebwelle sowie der zweiten Triebwelle abgetrennt / entkoppelt ist.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Schiebemuffe derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer zweiten Schaltstellung die erste Triebwelle durch di rekte Verbindung des ersten Zahnrades mit dem dritten Zahnrad mit der elektrischen Maschine koppelt, wobei die zweite Triebwelle von der ersten Triebwelle sowie von der elektrischen Maschine abgetrennt / entkoppelt ist.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Schiebemuffe derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer dritten Schaltstellung die zweite Triebwelle, durch direkte Verbindung des zweiten Zahnrades mit dem dritten Zahnrad, mit der elektrischen Maschine koppelt, wobei die erste Triebwelle von der zweiten Triebwelle sowie von der elektrischen Ma schine abgetrennt / entkoppelt ist.
Die Schiebemuffe ist zudem vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie in ihrer vierten Schaltstellung sowohl die erste Triebwelle mit der zweiten Triebwelle durch di rekte Verbindung des ersten Zahnrades mit dem zweiten Zahnrad koppelt, also auch die erste Triebwelle und die zweite Triebwelle jeweils durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades mit dem dritten Zahnrad und des zweiten Zahnrades mit dem dritten Zahnrad mit der elektrischen Maschine koppelt. Für eine radial besonders kompakte Bauweise hat es sich zudem als vorteilhaft her ausgestellt, wenn das zweite Zahnrad in einer axialen Richtung einer Drehachse der zweiten Triebwelle gesehen zwischen dem ersten Zahnrad und dem dritten Zahnrad angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn das dritte Zahnrad hohl ausgebildet ist und von der zweiten Triebwelle axial durchdrungen ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit ei ner erfindungsgemäßen Getriebeeinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebe nen Ausführungen und einer mit der Getriebeeinheit verbundenen Antriebsachse (Vor derachse oder Hinterachse des Kraftfahrzeuges).
Für einen seriell-parallelen Betrieb ist es auch von Vorteil, wenn die zweite Triebwelle mit einer ersten Antriebsachse (vorzugsweise einer Vorderachse) gekoppelt ist und ein zusätzliches elektrisches Antriebsaggregat, das durch einen Generatorbetrieb der elektrischen Maschine mit Antriebsleistung versorgbar ist, mit einer zweiten An triebsachse (vorzugsweise einer Hinterachse) gekoppelt ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftma schine und einem Antriebsstrang nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Aus führungen, wobei die erste Triebwelle der Getriebeeinheit an eine Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen oder anschließbar ist.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein dediziertes Hybridgetriebe (Getriebeein heit) mit einer Schiebemuffe und mit vier Schaltstellungen realisiert. In einem Kraft fahrzeug mit hybridischem Antriebsstrang sind eine Verbrennungskraftmaschine, eine elektrische Maschine sowie eine (vollständig) integrierte Schiebemuffe mit vier Schalt stellungen eingesetzt. Die Verbrennungskraftmaschine kann nur über einen Gang mit einem Rad / einer Antriebsachse verbunden werden. Auch die elektrische Maschine kann nur noch über einen Gang mit dem Rad mit der Antriebsachse oder alternativ mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden werden. Die Schiebemuffe führt die Schal- tung der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine durch. Die elekt rische Maschine ist mit dem Antriebsstrang in einer so genannten P4-Anordnung (E-
Achse) gekoppelt, um dadurch einen seriellen Betrieb fahren zu können.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen hybri den Getriebeeinheit gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wobei eine Schiebemuffe sowie mehrere mit der Schiebemuffe zusammenwir kende Zahnräder der Getriebeeinheit gut zu erkennen sind,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug, das die
Getriebeeinheit nach Fig. 1 aufweist,
Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wobei die Schiebemuffe in einer ersten Schaltstellung angeordnet ist, in der eine erste Triebwelle mit einer zweiten Triebwelle verbunden ist,
Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wobei die Schiebemuffe in einer zweiten Schaltstellung angeordnet ist, in der die erste Triebwelle mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist,
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wobei die Schiebemuffe in einer dritten Schaltstellung angeordnet ist, in der die zweite Triebwelle mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist, sowie
Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wobei in einer vierten Schaltstellung der Schiebemuffe sowohl die erste Triebwelle als auch die zweite Triebwelle mit der elektrischen Maschine gekoppelt sind. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen.
Mit Fig. 1 ist ein Teil eines Antriebsstranges 15 eines hybriden Kraftfahrzeuges 2 sei tens einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit 1 gut zu erkennen. Die in dem An triebsstrang 15 eingesetzte Getriebeeinheit 1 ist als Flybridgetriebe realisiert. Eine be vorzugte Position der Getriebeeinheit 1 in Bezug auf ein Kraftfahrzeug 2 ist auch in Verbindung mit Fig. 2 zu erkennen. Die Getriebeeinheit 1 ist demnach bevorzugt an einer ersten Antriebsachse 14a, unter Umsetzung einer elektrischen Achse, einge setzt. Die Getriebeeinheit 1 ist mittels einer einen Ausgang der Getriebeeinheit 1 bil denden (zweiten) Triebwelle 8, wie nachfolgend näher beschrieben, mit einem Diffe rential 6 und von dort mit Teilwellen der ersten Antriebsachse 14a gekoppelt. Die erste Antriebsachse 14a ist als eine Vorderachse umgesetzt.
Wie des Weiteren in Fig. 1 zu erkennen, ist ein Eingang der Getriebeeinheit 1 durch eine erste Triebwelle 5 gebildet. Die erste Triebwelle 5 ist in dieser Darstellung mit ei ner Ausgangswelle 16 einer Verbrennungskraftmaschine 3, wie einem Diesel- oder Ottomotor, drehfest verbunden. Ein Drehschwingungsdämpfer 17 sitzt zusätzlich zwi schen der Ausgangswelle 16 und der ersten Triebwelle 5. Wahlweise ist die erste Triebwelle 5 über eine hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte Kupp lung von der Ausgangswelle 16 abkoppelbar. In dieser Ausführung besteht jedoch eine permanente Drehverbindung zwischen der Ausgangswelle 16 und der ersten Triebwelle 5. Ein Abkoppeln der Verbrennungskraftmaschine 3 von den restlichen Be standteilen des Antriebsstrangs 15 erfolgt über eine nachfolgend beschriebene Schie bemuffe 1 1 .
Koaxial zu der einen Eingang der Getriebeeinheit 1 bildenden ersten Triebwelle 5 ist die den Ausgang der Getriebeeinheit 1 bildende zweite Triebwelle 8 angeordnet. Die erste Triebwelle 5 und die zweite Triebwelle 8 sind folglich entlang (in einer axialen Richtung) einer gemeinsamen Drehachse 12 versetzt / nebeneinander angeordnet.
Die zweite Triebwelle 8 geht auf das Differential 6 über. Gemäß der Ausbildung als Hybridgetriebe weist die Getriebeeinheit 1 zusätzlich eine elektrische Maschine 10 auf. Diese elektrische Maschine 10 ist mit ihrem Rotor 20 / einer Rotordrehachse 19, um die der Rotor 20 drehbar gelagert ist, parallel, d. h. ra dial versetzt, zu der zentralen Drehachse 12 angeordnet. Neben dem Rotor 20 weist die elektrische Maschine 10 auf typische Weise einen Stator 21 auf, der in einem hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Getriebegehäuse fest angeord net ist. Eine mit dem Rotor 20 drehfest verbundene, um die Rotordrehachse 19 dreh bare Rotorwelle 22 ist über eine zusätzliche Zahnradstufe 23 / Übersetzungsstufe mit einer Hohlwelle 24, die radial außerhalb der zweiten Triebwelle 8 angeordnet ist, dreh fest gekoppelt. Die Rotorwelle 22 ist dabei permanent über die Zahnradstufe 23 mit der Hohlwelle 24 drehfest gekoppelt.
Wie des Weiteren zu erkennen ist, weist die erste Triebwelle 5 ein festes erstes Zahn rad 4 auf. Das erste Zahnrad 4 ist somit permanent drehfest mit der ersten Triebwelle 5 verbunden. Die zweite Triebwelle 8 weist ein festes zweites Zahnrad 7 auf. Das zweite Zahnrad 7 ist somit permanent drehfest mit der zweiten Triebwelle 8 verbun den. Die Hohlwelle 24 weist ein festes drittes Zahnrad 9 vorgesehen. Dieses dritte Zahnrad 9 ist permanent drehfest mit der Hohlwelle 24 verbunden. Ein axial zu dem dritten Zahnrad 9 versetztes, ebenfalls fest mit der Hohlwelle 24 verbundenes viertes Zahnrad 18 ist über die Zahnradstufe 23, sprich ein Zwischenzahnrad 28, mit der Ro torwelle 22 permanent gekoppelt. Es ist zu erkennen, dass das zweite Zahnrad 7 in einer axialen Richtung gesehen zwischen dem ersten Zahnrad 4 und dem dritten Zahnrad 9 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist eine einzige Schiebemuffe 1 1 vorhanden, die zum Umsetzen von vier verschiedenen Schaltstellungen ausgebildet ist. Diese unterschiedlichen Schaltstellungen sind in den Fign. 3 bis 6 detailliert mit den entsprechenden Drehmo mentübertragungspfaden veranschaulicht. In einer ersten Schaltstellung gemäß Fig. 3 ist die Schiebemuffe 1 1 derart verschoben, dass sie die erste Triebwelle 5 mit der zweiten Triebwelle 8 direkt verbindet. Das erste Zahnrad 4 befindet sich mit einem ersten Verzahnungsbereich 25 der (einteilig ausgebildeten) Schiebemuffe 1 1 in Zahn eingriff und der erste Verzahnungsbereich 25 befindet sich weiter mit dem zweiten Zahnrad 7 in Zahneingriff. Die Schiebemuffe 1 1 ist in dieser ersten Schaltstellung be- abstandet zu / außer Zahneingriff mit dem dritten Zahnrad 9 angeordnet, sodass das dritte Zahnrad 9 sowohl von der ersten Triebwelle 5 als auch von der zweiten Trieb welle 8 abgetrennt / entkoppelt ist. Folglich ist auch die elektrische Maschine 10 in die ser ersten Schaltstellung vollständig von den beiden Triebwellen 5, 8 entkoppelt. Die erste Schaltstellung ist insbesondere in einem Antriebszustand des Kraftfahrzeuges 2, in dem eine Antriebsleistung ausschließlich durch die Verbrennungskraftmaschine 3 erzeugt wird (rein verbrennungskraftmotorischer Betrieb), geschaltet.
In einer zweiten Schaltstellung, die in Fig. 4 veranschaulicht ist, ist die Schiebemuffe 1 1 derart gegenüber der ersten Schaltstellung verschoben, dass sie die erste Trieb welle 5 mit der elektrischen Maschine 10 koppelt. Gleichzeitig ist die zweite Triebwelle 8 von der ersten Triebwelle 5 und der elektrischen Maschine 10 entkoppelt. Die Schie bemuffe 1 1 befindet sich in der zweiten Schaltstellung mit ihrem ersten Verzahnungs bereich 25 ausschließlich mit dem dritten Zahnrad 9 in Zahneingriff. Mit einem axial beabstandet zu dem ersten Verzahnungsbereich 25 ausgebildeten zweiten Verzah nungsbereich 26 befindet sich die Schiebemuffe 1 1 mit dem ersten Zahnrad 4 in Zahneingriff. Dadurch ist die erste Triebwelle 5 über das erste Zahnrad 4, die Schie bemuffe 1 1 und das dritte Zahnrad 9 mit der elektrischen Maschine 10 gekoppelt. Die Schiebemuffe 1 1 weist in axialer Richtung zwischen den beiden Verzahnungsberei chen 25, 26 einen Überbrückungsbereich 27 auf, der ermöglicht, dass das axial zwi schen dem ersten Zahnrad 4 und dem dritten Zahnrad 9 befindliche zweite Zahnrad 7 in der zweiten Schaltstellung außer Zahneingriff mit der Schiebemuffe 1 1 ist. Die zweite Schaltstellung wird bevorzugt für einen Motorstart der Verbrennungskraftma schine 3 durch die elektrische Maschine 10 sowie zum Laden (Standladen / Genera torbetrieb) der elektrischen Maschine 10 über die Verbrennungskraftmaschine 3 ge schaltet.
Mit Fig. 5 ist eine dritte Schaltstellung veranschaulicht. In dieser dritten Schaltstellung ist die Schiebemuffe 1 1 derart angeordnet, dass sie die zweite Triebwelle 8 mit der elektrischen Maschine 10 koppelt. Das zweite Zahnrad 7 befindet sich dabei in Zahn eingriff mit dem ersten Verzahnungsbereich 25 und der erste Verzahnungsbereich 25 befindet sich mit dem dritten Zahnrad 9 im Zahneingriff. Zugleich ist der Überbrü ckungsbereich 27 in axialer Richtung oberhalb des ersten Zahnrads 4 angeordnet, das heißt das erste Zahnrad 4 ist außer Zahneingriff zu der Schiebemuffe 1 1 angeord net. Damit ist die erste Triebwelle 5 sowohl von der zweiten Triebwelle 8 als auch von der elektrischen Maschine 10 entkoppelt. Diese dritte Schaltstellung ist in einem rein elektrischen Antriebszustand sowie in einem Rekuperationszustand des Kraftfahrzeu ges 2 realisiert.
In Fig. 6 ist die Schiebemuffe 1 1 des Weiteren in einer vierten Schaltstellung angeord net. In dieser vierten Schaltstellung verbindet die Schiebemuffe 1 1 die erste Trieb welle 5 mit der zweiten Triebwelle 8 sowie mit der elektrischen Maschine 10 bzw. die zweite Triebwelle 8 mit der ersten Triebwelle 5 sowie mit der elektrischen Maschine 10. Wie in Fig. 6 zu erkennen, ist die Schiebemuffe 1 1 in dieser vierten Schaltstellung derart angeordnet, dass das erste zweite und dritte Zahnrad 4, 7, 9 über den gemein samen Verzahnungsbereich 25 miteinander drehfest gekoppelt sind. Sowohl das erste Zahnrad 4 als auch das zweite Zahnrad 7 sowie das dritte Zahnrad 9 befinden sich je weils in Zahneingriff mit dem ersten Verzahnungsbereich 25. Dadurch sind wiederum unterschiedliche Betriebszustände des Kraftfahrzeuges 2, bspw. ein hybrider Betriebs zustand oder ein Boostbetrieb oder ein Generatorbetrieb realisierbar.
Zurückkommend auf Fig. 2 sei des Weiteren darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen in dem Antriebsstrang 15 noch ein weiteres elektrisches Antriebsaggre gat 13, das in Fig. 2 mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist, eingesetzt ist. Dieses elektrische Antriebsaggregat 13 dient vorzugsweise in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 10 als Antriebsmaschine. Das elektrische Antriebsaggregat 13 ist an einer zweiten Antriebsachse 14b des Kraftfahrzeuges 2 angeordnet, welche zweite Antriebsachse 14b hier als Hinterachse umgesetzt ist. Dadurch lässt sich auch ein hybridisiertes Allradfahrzeug effizient umsetzen. Bezuqszeichenliste Getriebeeinheit
Kraftfahrzeug
Verbrennungskraftmaschine
erstes Zahnrad
erste Triebwelle
Differential
zweites Zahnrad
zweite Triebwelle
drittes Zahnrad
elektrische Maschine
Schiebemuffe
Drehachse
elektrisches Antriebsaggregat
a erste Antriebsachse
b zweite Antriebsachse
Antriebsstrang
Ausgangswelle
Drehschwingungsdämpfer
viertes Zahnrad
Rotordrehachse
Rotor
Stator
Rotorwelle
Zahnradstufe
Hohlwelle
erster Verzahnungsbereich
zweiter Verzahnungsbereich
Überbrückungsbereich
Zwischenzahnrad

Claims

Patentansprüche
1. Getriebeeinheit (1 ) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einer mit einer Ver brennungskraftmaschine (3) verbindbaren, ein erstes Zahnrad (4) drehfest aufnehmenden, ersten Triebwelle (5), einer mit einem Differential (6) verbind baren, ein zweites Zahnrad (7) drehfest aufnehmenden, zweiten Triebwelle (8), einer mit einem dritten Zahnrad (9) gekoppelten elektrischen Maschine (10) und einer Schiebemuffe (11 ), welche Schiebemuffe (11 ) derart auf die Zahnräder (4, 7, 9) abgestimmt angeordnet ist, dass die erste Triebwelle (5) in einer Schaltstellung der Schiebemuffe (11 ) durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem zweiten Zahnrad (7) mit der zweiten Triebwelle (8) verbunden ist und die elektrische Maschine (10) in drei weiteren Schalt stellungen der Schiebemuffe (11 ), durch direkte Verbindung des dritten Zahn rades (9) mit dem ersten Zahnrad (4) und/oder mit dem zweiten Zahnrad (7), mit der ersten Triebwelle (5) und/oder mit der zweiten Triebwelle (8) verbun den ist.
2. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (11 ) zum Umsetzen von nicht mehr als vier unterschiedlichen Schaltstellungen ausgebildet ist.
3. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (11 ) derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine (10) in einer ersten Schaltstellung der Schiebemuffe (11 ), in der die erste Triebwelle (5) durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem zweiten Zahnrad (7) mittels der Schiebemuffe (11 ) mit der zweiten Triebwelle (8) verbunden ist, von der ersten Triebwelle (5) sowie der zweiten Triebwelle (8) abgetrennt ist.
4. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (11 ) derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer zweiten Schaltstellung die erste Triebwelle (5) durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem dritten Zahnrad (9) mit der elektrischen Ma schine (10) koppelt, wobei die zweite Triebwelle (8) von der ersten Triebwelle (5) sowie von der elektrischen Maschine (10) abgetrennt ist.
5. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (11 ) derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer dritten Schaltstellung die zweite Triebwelle (8), durch direkte Verbindung des zweiten Zahnrades (7) mit dem dritten Zahnrad (9), mit der elektrischen Ma schine (10) koppelt, wobei die erste Triebwelle (5) von der zweiten Triebwelle
(8) sowie von der elektrischen Maschine (10) abgetrennt ist.
6. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (11 ) derart ausgebildet ist, dass sie in ihrer vierten Schaltstellung sowohl die erste Triebwelle (5) mit der zweiten Trieb welle (8) durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem zweiten Zahnrad (7) koppelt, als auch die erste Triebwelle (5) und die zweite Trieb welle (8) jeweils durch direkte Verbindung des ersten Zahnrades (4) mit dem dritten Zahnrad (9) und des zweiten Zahnrades (7) mit dem dritten Zahnrad
(9) mit der elektrischen Maschine (10) koppelt.
7. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (7) in einer axialen Richtung einer Dreh achse (12) der zweiten Triebwelle (8) gesehen zwischen dem ersten Zahnrad (4) und dem dritten Zahnrad (9) angeordnet ist.
8. Antriebsstrang (15) für ein Kraftfahrzeug (2), mit einer Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer mit der Getriebeeinheit (1 ) verbunde nen Antriebsachse (14a).
9. Antriebsstrang (15) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Triebwelle (8) mit einer ersten Antriebsachse (14a) gekoppelt ist und ein zusätzliches elektrisches Antriebsaggregat (13), das durch einen Genera torbetrieb der elektrischen Maschine (10) mit Antriebsleistung versorgbar ist, mit einer zweiten Antriebsachse (14b) gekoppelt ist.
10. Kraftfahrzeug (2) mit einer Verbrennungskraftmaschine (3) und einem An triebsstrang (15) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Triebwelle (5) der Getriebeeinheit (1 ) an eine Ausgangswelle (16) der Verbrennungskraftma schine (3) angeschlossen oder anschließbar ist.
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