WO2020177892A1 - Kupplungsanordnung, kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zum betreiben eines antriebsstranges - Google Patents

Kupplungsanordnung, kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zum betreiben eines antriebsstranges Download PDF

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Fabian Kutter
Matthias Horn
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Oliver Bayer
Thomas KROH
Johannes Kaltenbach
Max Bachmann
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Definitions

  • the present invention relates to a clutch assembly for a motor vehicle drive train having a first and a second clutch which include a common input member, the first clutch including a first output member and the second clutch including a second output member.
  • the present invention also relates to a drive train for a motor vehicle, with such a clutch arrangement and with a transmission arrangement which has a first sub-transmission and a second sub-transmission, an input shaft of the first sub-transmission being connected to the first output member and an input shaft of the second Part of the transmission is connected to the second output member.
  • the present invention relates to a method for operating such a drive train.
  • a drive train of the type described above is known from document DE 10 2006 036 758 A1.
  • the automated dual clutch transmission disclosed there has two input shafts and at least one output shaft and an unsynchronized gear clutch, each of the input shafts having a separate motor clutch for connection to the drive shaft of a drive motor and a group of differently geared gears for connection to the output shaft each assigned to a fixed gear and an idler gear that can be switched via an assigned gear clutch.
  • the two clutches are designed as unsynchronized claw clutches.
  • Two electric machines are provided as starting and synchronizing means, each of which is alternately in drive connection with one of the input shafts.
  • Double clutch transmissions have been an alternative to converter automatic transmissions for a few years now. Double clutch transmissions have a Doppelkupplungsanord on the input side with a drive machine such as an internal combustion engine is connectable. An output member of a first friction clutch of the clutch arrangement is connected to a first input shaft of a first sub-transmission, which is typically assigned to the even or odd forward gear stages. An output member from a second friction clutch of the dual clutch arrangement is connected to a second input shaft of a second sub-transmission, which is typically assigned to the other forward gear stages.
  • the gear steps assigned to the partial transmissions can usually be switched on and off automatically.
  • one of the clutches of the double clutch assembly is closed.
  • a connecting gear stage can then be shifted in advance.
  • a gear change can then be carried out essentially without an interruption in tractive force.
  • the friction clutches of such double clutch arrangements are usually designed as normally open friction clutches.
  • the transmission of torque via such friction clutches generally takes place in a force or frictional connection. In emergency situations (e.g. in the event of full braking or in the event of a malfunction of the internal combustion engine) such friction clutches can also be opened under load.
  • Clutches for engaging and disengaging gears in a classic countershaft transmission are usually designed as form-fitting clutches. In many cases, these clutches are assigned a mechanical synchronization. In the switched state, such form-fitting clutches often have so-called deposits, so that opening such form-fitting shift clutches under load can be more difficult.
  • Motor vehicle transmissions are usually designed either for front or rear transverse installation in a motor vehicle, with particular attention being paid to a short axial length.
  • transmissions are designed for longitudinal installation in a motor vehicle, with particular attention being paid to a radially compact design.
  • an input shaft arrangement is often assigned two axially parallel countershafts, so that the power can flow either from the input shaft arrangement via one countershaft or via the other countershaft.
  • the countershafts are also designed as output shafts and, as a rule, both mesh with a differential for distributing drive power to driven wheels.
  • hybridization Another trend in the field of motor vehicle drive trains is so-called hybridization.
  • a drive motor in the form of an internal combustion engine is assigned an electrical machine as a further drive machine.
  • a distinction is made between a large number of different concepts, each of which provides a different connection between the electrical machine and the transmission.
  • double clutch transmissions a typical variant can be seen in arranging an electrical machine concentrically to an input member of the double clutch arrangement.
  • the input element of the double clutch arrangement is usually connected to the internal combustion engine via a separating clutch or an internal combustion engine decoupling device.
  • each sub-transmission is assigned an electrical machine.
  • the double clutch arrangement is formed by two unsynchronized claw clutches.
  • the speed adjustments required for starting up and for synchronizing when changing gears are implemented via the electrical machines.
  • the unsynchronized dog clutches are combined in a common clutch block, which has two shift positions, in each of which one of the clutches is closed, and a neutral position with a completely interrupted power flow.
  • a clutch arrangement for a motor vehicle drive train which has a first and a second clutch which contain a common input member, the first clutch including a first output member and the second clutch including a second output member, wherein the first clutch is designed as a frictional clutch, the second clutch being designed as a positive clutch, the first and second clutches being assigned a single sliding member that can be moved into a first closed position and an axially offset second closed position by means of a single actuating device to alternately close the first or the second clutch.
  • a drive train for a motor vehicle with such a clutch arrangement and with a transmission arrangement which has a first sub-transmission and a second sub-transmission, an input shaft of the first sub-transmission is connected to the first output member and an input shaft of the second sub-transmission is connected to the second output member.
  • the above object is achieved by a method for operating a drive train of the type according to the invention with the steps of opening the first clutch in a serial Fährbe, closing the second clutch in order to drive the second electric machine through internal combustion engine power and as Ge to operate the generator, and to provide drive power for setting up a ferry service through the first electrical machine.
  • the clutch arrangement according to the invention enables this clutch to be opened even under load in an emergency, since it is a friction-locking clutch.
  • the clutch arrangement can only be actuated by means of a single actuating device.
  • the operating effort can therefore be reduced overall.
  • all clutches including the clutch assembly can be actuated with only four actuating devices.
  • a clutch is to be understood as any type of switching element which is designed to connect an input element to an output element or to separate the output element from the input element.
  • a clutch can therefore be both a friction-locking clutch and a positive-locking clutch.
  • the two members which can be connected or separated from one another by means of a coupling, can both be rotary members, for example a shaft and an idler gear, or two shafts.
  • the coupling it is also possible for the coupling to connect two members to one another, one of which is fixed to the housing, for example in the case of a so-called brake.
  • the individual sliding member is preferably connected to the input member in a rotationally fixed manner.
  • the single actuator that axially displaces the single slide member may include an actuator.
  • the actuator can be a hydraulic actuator, an electromotive actuator, an electrohydraulic actuator or an electromagnetic actuator.
  • the sliding member has an axial neutral position between the closed positions, in which both the first and the second clutch are opened. This makes it possible to decouple both output elements from the input element, for example in a hybrid drive train during the electric motorized ferry operation.
  • the first clutch has a piston, by means of which a friction pairing arrangement of the first clutch can be pressed in order to produce a frictional connection.
  • the friction pairing arrangement can be, for example, a disk pack of a first clutch designed as a disk clutch.
  • the piston is connected to the sliding member in a rotationally fixed manner.
  • the piston is preferably connected in a rotationally fixed manner to the input member, for example to a disk carrier of the input member.
  • the sliding member is preferably rotatably mounted on an input shaft connected to one of the output members, in particular on the first input shaft. Furthermore, the sliding member is preferably mounted axially displaceably with respect to the first input shaft.
  • the sliding member contains an axial bearing, via which the actuating device can move the sliding member in the direction of the first closed position in order to close the first clutch.
  • the sliding member has a first shoulder on which the axial bearing is arranged and via which an axial force preferably exerted by the actuating device is transmitted to the sliding member and consequently the piston.
  • the axial bearing is preferably arranged on the sliding member in such a way that the actuating device can act directly on the axial bearing.
  • the sliding member has a second shoulder, via which the actuating device can move the sliding member into the second closed position in order to close the second clutch.
  • the second shoulder is preferably rigidly connected to the sliding member.
  • the actuating device act on the second shoulder via a second axial bearing.
  • the axial forces required to close the second clutch are comparatively low, it is preferred to let the actuating device act directly on the second shoulder.
  • the drive train it is preferred if it has a first electrical machine that is connected to the first input shaft and / or a second electrical machine that is connected to the second input shaft.
  • the drive train according to the invention has a third clutch for connecting the first and second partial transmissions.
  • a method for operating a drive train is preferred, with the steps of using the gear steps of one sub-transmission by engaging the associated clutch of the clutch assembly and the gear steps of the other sub-transmission by engaging the same clutch of the clutch assembly in the case of an internal combustion engine ferry operation or a hybrid driving operation and the third coupling.
  • a method for operating a hybrid drive train of the type according to the invention is preferred, with the steps of opening the third clutch in an internal combustion engine drive in a gear stage of the other sub-transmission uncouple the other sub-transmission and the electrical machine assigned to the other sub-transmission.
  • a method for operating a hybrid drive train of the type according to the invention is preferred, with the steps of providing drive power of the first electrical machine via the first sub-transmission in a purely electric motor-driven ferry operation and at the same time providing drive power of the second electric machine via the second sub-transmission, wherein a power shift is realized in that one of the electrical machines maintains the tractive force via the assigned sub-transmission while a gear change is carried out in the other sub-transmission.
  • the hybrid drive train according to the invention enables gear changes to be carried out in an internal combustion engine or a hybrid driving mode without the clutch arrangement, which is also referred to below as a double clutch arrangement. to operate. Furthermore, since each part of the transmission is preferably assigned its own electrical machine, both electrical machines can be provided for providing drive power.
  • both electrical machines can be used as a generator or as a motor in a serial operation.
  • serial operation is understood to mean that in a purely electromotive ferry operation by means of one of the two electric machines, the other electric machine is simultaneously driven by the internal combustion engine and operated as a generator in order to charge a vehicle battery.
  • the vehicle battery is preferably the same from which the electrical machine operating as a motor draws power.
  • the hybrid drive train it is possible to use an electric machine for synchronizing when changing gear in an internal combustion engine ferry operation or in a hybrid driving operation, ie to support the internal combustion engine when synchronizing with an electric machine.
  • an electric machine for synchronizing when changing gear in an internal combustion engine ferry operation or in a hybrid driving operation, ie to support the internal combustion engine when synchronizing with an electric machine.
  • the internal combustion engine ferry operation or in the hybrid driving operation one of the electrical machines with the combustion connected motor. This allows a load point shift on the internal combustion engine and this electric machine can assist in speed control when a shift element such as a clutch has to be synchronized.
  • the internal combustion engine therefore does not have to synchronize itself "by its own power", but is always "picked up" by one of the two electrical machines at its current speed.
  • one clutch of one sub-transmission remains closed for all states of this ferry operation, while the other clutch of the double clutch arrangement remains open during all states of this ferry operation.
  • the second clutch of the double clutch arrangement which is preferably always opened in normal internal combustion engine ferry operation and in normal hybrid driving operation, is preferably closed in serial operation.
  • serial operation an electric machine works as a motor and provides electromotive power for a purely electromotive ferry operation, for example for a ferry operation in a starting gear (first gear) to drive a vehicle in what is known as a "creep gear".
  • the speed of the vehicle is usually below a speed at which the internal combustion engine can be used as the drive motor (due to the translation of the lowest gear or starting gear).
  • the serial operation described above can be implemented.
  • the first input shaft and the second input shaft are preferably arranged coaxially with one another.
  • the first input shaft is preferably designed as an inner shaft.
  • the second input shaft is preferably designed as a hollow shaft.
  • the gear arrangement preferably has exactly one countershaft.
  • the one countershaft is also an output shaft of the transmission arrangement.
  • the countershaft is preferably connected to a driven wheel which is designed to drive a power distribution arrangement such as a differential.
  • shiftable wheel sets are understood to mean wheel sets which have an idler wheel and a fixed wheel which mesh with one another and which can be switched by means of an associated clutch.
  • the idler gear of this gear set is non-rotatably connected to the associated shaft.
  • the gear sets are preferably spur gear sets, which preferably each connect one of the two input shafts and the countershaft to one another.
  • Each gear set is preferably assigned a regular forward gear, i. a fixed translation.
  • the transmission arrangement preferably does not have a gear set that is assigned to a reverse gear.
  • Driving backwards is preferably realized only via one of the electrical machines.
  • the third clutch preferably connects the first input shaft and the second input shaft.
  • the third clutch is preferably not such a clutch that is used to set up a so-called winding gear stage in the transmission arrangement. Because when setting up a winding gear stage, two gear sets from each of the two sub-transmissions are usually involved in order to achieve the lowest possible or the highest possible translation, so to enable a high spread of the transmission arrangement. In the present case, however, power is preferably only transmitted via one gear set either from the first input shaft to the countershaft or from the second input shaft to the countershaft, so that the spreading
  • the transmission of the gear arrangement is preferably obtained exclusively from the translations of the regular forward gear stages. Consequently, the transmission arrangement can generally operate with a high degree of efficiency.
  • the first partial transmission is assigned to the odd gear stages.
  • the second partial transmission is assigned to the straight forward gear stages in a preferred embodiment.
  • connection is understood in particular to mean that the two elements to be connected are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner; Alternatively, however, they can be connected to one another in a rotationally fixed manner if necessary.
  • a rotationally fixed connection is understood to mean that the elements connected in this way rotate at a speed that is proportional to one another, in particular at the same speed.
  • the electrical machines are preferably arranged axially parallel to the transmission arrangement.
  • the longitudinal axes of the electrical machines are consequently preferably arranged parallel, but offset to both the input shafts and the countershaft.
  • the sequence of the elements is as follows: gear set for forward gear stage 4, clutch pack for forward gear stages 4 and 2, gear set for forward gear stage 2, clutch pack with the third clutch and one clutch for the forward gear stage 3 (or forward gear 5), gear set for forward gear 3 (or 5), gear set for forward gear 1, clutch pack for forward gear 1 and 3 (or 1 and 5), and gear set for forward gear 5 (or 3).
  • the clutch packs for forward gear stages 2 and 4 and 1 and 3 are preferably arranged on a countershaft.
  • a Heidelbergkupplungspa ket which includes the third clutch and a clutch for the forward gear stage 5 or 3, is preferably arranged coaxially to the input shafts.
  • a clutch pack is generally understood to mean an arrangement of two clutch systems which can be operated alternatively by means of a single operating device. Furthermore, a clutch pack generally has a neutral position in which none of the two clutch clutches of the pack is closed. Such a clutch pack can also be referred to as a double shift element.
  • a clutch is generally a form-fit clutch that can in principle be synchronized (with mechanical synchronization) or not.
  • the gear set that can be shifted with the clutch pack is assigned to that sub-transmission whose assigned clutch is always closed in the internal combustion engine ferry mode and in hybrid driving mode.
  • This gear set is preferably assigned to the first partial transmission that is assigned to the forward gear stages. It is particularly preferred if the gear set is assigned to forward gear stage 5 or forward gear stage 3.
  • the first clutch of the double clutch arrangement and / or the second clutch of the double clutch arrangement and / or the third clutch and / or at least one clutch of the Getriebean arrangement are designed as a claw clutch, i.e. as a non-synchronized shift element.
  • a dog clutch has in particular no friction elements for synchronizing components to be connected to one another.
  • each sub-transmission is assigned its own electrical machine, functions of synchronization and / or load transfer can be carried out by means of the electrical machines.
  • the above-mentioned clutches can be designed as claw clutches, so that savings potentials arise with regard to the axial and / or radial installation space as well as weight advantages.
  • the first electrical machine is connected to the first input shaft via a gear set of the first sub-transmission and / or the second electrical machine is connected to the second input shaft via a gear set of the second sub-transmission.
  • the electrical machines coaxially with, for example, the respective input shafts of the partial transmissions. It is preferred, however, if the electrical machines are arranged axially parallel to the input shaft arrangement. The connection with the respective input shaft can then take place via a belt drive or a gear set. A separate wheel set can be provided for this purpose. This can have the advantage of an optimal translation connection. As mentioned above, however, it is preferred if the electrical machines are connected via respective gear sets. This can save weight.
  • a gear ratio adjustment can preferably be made in that a machine pinion of the respective electric machine is not connected directly to a gear of the gear set or meshes with it, but an intermediate gear is interposed so that the electric machines have an optimized gear ratio can be connected to the respective sub-transmission.
  • the electrical machines can be implemented as relatively high-speed machines that can consequently be built compactly.
  • gear set of the first sub-transmission, via which the first electrical machine is connected to the first input shaft is assigned to the highest gear of the first sub-gear, and / or if the gear set of the second sub-gear via which the second electrical machine is connected to the second input shaft, the highest gear of the second Operage transmission is assigned.
  • the gear set of the first partial transmission via which the first electrical machine is connected to the first input shaft, is arranged at a first axial end of the gear arrangement, and / or the gear set of the second partial transmission, via which the second electrical machine is connected the second input shaft is connected, is arranged at a second axial end of the transmission arrangement.
  • the first Operage gear is assigned to the odd forward gear steps and has three gear sets that are assigned to different forward gear steps, and / or the second Generalge is preferably assigned to the even forward gear steps and has two or three gear sets that are different Forward gear stages are assigned.
  • a combustion engine-powered ferry operation can be implemented over a wide speed range. For very low speed ranges, it may only be possible to drive with an electric motor.
  • the gear arrangement therefore preferably has only five or six gear set levels. Furthermore, the transmission arrangement preferably has only three shift clutch levels, in each of which preferably exactly one shift clutch package is arranged.
  • the transmission arrangement preferably has only four actuating devices, three of which are assigned to the clutch packs of the transmission arrangement and one of which is assigned to the double clutch arrangement.
  • the first electrical machine and the second electrical machine are structurally identical.
  • the two electrical machines can then work quasi "equally" within the Gereteanord voltage and can both alternatively as a drive machine to drive one Motor vehicle and / or operated as a generator for charging a vehicle battery.
  • the transmission arrangement preferably has only one countershaft, which is preferably connected to a power distribution device via only one output gear set,
  • a serial operation can be implemented both by means of the first electrical machine and by means of the second electrical machine as a generator,
  • 1 shows a schematic wheel set illustration of an embodiment of a hybrid drive train
  • 2 shows a schematic power flow representation of a further embodiment of a hybrid drive train
  • FIG. 3 shows a switching table for an internal combustion engine and a hybrid driving mode of the flybrid drive train of FIG. 1;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an embodiment of a clutch arrangement according to the invention.
  • FIG. 7 shows a partial longitudinal sectional view of a further embodiment of a coupling arrangement according to the invention.
  • a hybrid drive train for a motor vehicle in particular a passenger car, is shown in schematic form and is generally designated by 10.
  • the hybrid drive train 10 has an internal combustion engine 12 which is connected to an input member of a double clutch arrangement 14.
  • the Doppelkupp treatment arrangement 14 is the output side with a hybrid transmission assembly 16 verbun the.
  • An output of the hybrid transmission arrangement 16 is connected to a power distribution device 18, which can be designed, for example, as a mechanical differential and can distribute the drive power to two driven wheels 20L, 20R of the motor vehicle.
  • the hybrid drive train 10 also contains a control device 22 for controlling all of its components.
  • the double clutch arrangement 14 is arranged on an axis A1 which is coaxial with a crankshaft of the internal combustion engine 12.
  • the double clutch arrangement 14 can have two friction clutches or one friction clutch and a non-synchronized claw clutch.
  • the Doppelkupplungsanord includes two clutches K1 and K2.
  • the two clutches K1, K2 have a common input element EG which is connected to the crankshaft of the combustion engine 12 in a rotationally fixed manner.
  • the first clutch K1 has a first output member AG1.
  • the second clutch K2 has a second output member AG2.
  • the output members AG1, AG2 are arranged coaxially to one another.
  • the transmission arrangement 16 has a first input shaft 24 and a second input shaft 26.
  • the input shafts 24, 26 are arranged coaxially to one another and to the axis A1.
  • the first input shaft 24 is designed as an inner shaft.
  • the second A input shaft 26 is designed as a hollow shaft.
  • the transmission arrangement 16 also includes a countershaft 28, which is designed as an output shaft 28 and is arranged coaxially to a second axis A2.
  • the output shaft 28 is connected via a driven gear set 30 to the power distribution device 18, which is arranged coaxially to an axis A3.
  • a parking lock wheel P can be fixed in a rotationally fixed manner, by means of which the hybrid drive train 10 can be immobilized.
  • the associated parking lock device is not shown for reasons of clarity.
  • the transmission arrangement 16 has a first partial transmission 32 and a second partial transmission 34.
  • the partial transmissions 32, 34 are arranged axially offset from one another.
  • the first partial transmission 32 is arranged adjacent to a first axial end of the transmission arrangement 16.
  • the second sub-transmission 34 is arranged adjacent to a second axial end of the transmission arrangement 16, the second axial end being adjacent to the dual clutch arrangement 14.
  • the sub-transmissions 30, 32 have a plurality of shiftable gear sets, each of which has an input shaft and the Connect output shaft 28.
  • the first partial transmission 32 has a first gear set 36 for forward gear stage 1 and a second gear set 38 for forward gear stage 3.
  • the second gear set 38 is arranged closer to the first axial end of the transmission arrangement 16 than the first gear set 36.
  • a first clutch pack 40 is arranged between the first gear set 36 and the second gear set 38, coaxial with the axis A2.
  • the first clutch pack 40 contains a first clutch A for shifting the first gear set 36 and a second clutch C for shifting the second gear set 38.
  • the two clutches A, C are alternatively switchable and are designed as unsynchronized dog clutches.
  • Switching a wheel set includes the non-rotatable connection of a loose wheel of the respective wheel set with an assigned shaft.
  • the first gear set 36 is switched by connecting an idler gear of the first gear set 36 rotatably mounted on the output shaft 28 to the output shaft 28 in a rotationally fixed manner in order to bring the first gear set into the power flow.
  • the first partial transmission 32 also has a third gear set 42 for the forward gear stage 5.
  • the third gear set 42 is arranged closer to the second axial end of the transmission arrangement 16 than the first gear set 36.
  • the third gear set 42 can be shifted by means of a clutch E and has an idler gear which is rotatably mounted on the first input shaft 24.
  • the second partial transmission 34 has a fourth gear set 48 for the forward gear stage 2 and a fifth gear set 50 for the forward gear stage 4.
  • the fifth wheel set 50 is arranged closer to the second axial end than the fourth wheel set 48.
  • a second clutch pack 52 is arranged between the wheel sets 48, 50, coaxially to the axis A2.
  • the second clutch pack 52 has a Wegpp treatment B for switching the fourth gear set 48 and a clutch D for switching the fifth gear set.
  • the clutches B and D are received in the second clutch pack 52 in such a way that they can be actuated alternatively.
  • the transmission arrangement 16 consequently has five gear set levels, namely starting from the second axial end to the first axial end in the following order: gear set 50 for forward gear stage 4, gear set 48 for forward gear stage 2, gear set 42 for forward gear stage 5, gear set 36 for forward gear 1 and gear set 38 for forward gear 3.
  • the hybrid drive train 10 also has a first electrical machine 56, which is arranged coaxially to a fourth axis A4.
  • the first electrical machine 56 has a first pinion 58 which is non-rotatably connected to a rotor of the first electrical Ma machine 56 and is coaxial with the axis A4.
  • the first pinion which can also be referred to as the first machine pinion, is connected to a gear set of the first sub-gear 32, in the present case with the second gear set 38, via a first intermediate gear 59, which is rotatably mounted on an axis that is not specified for forward gear 3. More precisely, the first pinion 58 meshes with the first intermediate gear 59, and the first intermediate gear 59 meshes with a fixed gear of the second gear set 38, the fixed gear being connected to the first input shaft 24 in a rotationally fixed manner.
  • the hybrid drive train 10 also has a second electrical machine 60, which is arranged axially parallel to the input shafts 24, 26, namely coaxially to a fifth axis A5.
  • the second electrical machine has a second pinion (second machine pinion) 62, which is arranged coaxially to the axis A5.
  • the second pinion 62 is connected to the second input shaft 26 via a gear set of the second partial transmission 34.
  • the second pinion 62 is connected to the fifth gear set for the forward gear stage 4 via a second intermediate gear 63.
  • the second pinion 62 meshes with the second intermediate gear 63, which is rotatably mounted on an unspecified axis, and the second intermediate gear 63 meshes with a fixed gear of the fifth gear set 50, the fixed gear being non-rotatably connected to the second input shaft 26 .
  • the five axes A1, A2, A3, A4, A5 are all aligned parallel to one another.
  • the double clutch arrangement 14 is arranged adjacent to the second axial end of the transmission arrangement 16.
  • the output gear set 30 is also if arranged on the second axial side of the gear assembly 16 and is preferably axially aligned with the double clutch assembly 14 and is approximately in a plane therewith. Between the output gear set 30 and the fifth gear set 50, the parking lock wheel P can be set on the output shaft 28.
  • the electrical machines 56, 60 are each preferably connected to a gear set of their associated sub-transmission, which is assigned to the highest gear of that sub-transmission. For this purpose, it can make sense in the first partial transmission 32 to swap the gear sets 38, 42 such that the first clutch pack 40 contains a clutch A and the clutch E for the fifth forward gear, and a clutch C for shifting the forward gear 3 is arranged on the first input shaft 24. Furthermore, the electrical machines 56, 60 are each connected to their respective partial transmission via a gear set, which is preferably each arranged adjacent to an axial end of the transmission arrangement. The wheel sets are on opposite sides of the axial ends.
  • the electrical machines 56, 60 are arranged axially overlapping one another.
  • connection via intermediate gears 59, 63 enables high gear ratios to be set up for the respective gear sets, so that relatively high-speed electrical machines can be used which are compact in construction.
  • the hybrid transmission arrangement has exactly five forward gear stages and no reverse gear stage.
  • a reverse drive mode can only be set up by means of the hybrid drive train 10 if one of the electrical machines 56 or 60 is driven in the opposite direction of rotation.
  • the gear arrangement 16 has no winding gear stages.
  • Each gear set 36 to 50 has exactly one idler gear and one fixed gear, the idler gears of the Rads2011 ze 36, 38, 48, 50 being rotatably mounted on the output shaft 28, and the Los wheel of the gearset 42 being rotatably mounted on the first input shaft 24 is.
  • the hybrid drive train 10 also has a third clutch K3, which can also be referred to as a bridge clutch.
  • the third clutch is used to connect the first input shaft 24 and the second input shaft 26.
  • the third clutch K3 is arranged adjacent to the fourth gear set 48 for the forward gear stage 2 and is in one with the clutch E for the third gear set 42 for shifting the fifth forward gear stage third Wegkupp treatment package 66 added.
  • the third clutch K3, like the clutch systems A, B, C, D, E, is implemented as a non-synchronized claw clutch.
  • the third clutch pack 66 is arranged coaxially to the first axis A1, to be precise between the wheel sets 42, 48.
  • the double clutch arrangement 14 and the three clutch assemblies 40, 52, 66 can be operated by means of four operating devices S1 to S4.
  • An actuating device S1 is used to actuate the double clutch arrangement 14 and can either close the clutch K1 or close the clutch K2 or set up a neutral position.
  • the first clutch pack 40 can be actuated by means of a fourth actuating device S4.
  • the fourth actuating device S4 either the clutch A can be closed or the clutch C can be closed or a neutral position can be set up.
  • the second clutch pack 52 can be actuated by means of a third actuating device S3 in order either to close clutch D or to close clutch B or to set up a neutral position.
  • the third clutch pack 66 can be switched by means of a second actuation device S2 in order to either close the clutch K3, or to close the clutch E or to set up a neutral position.
  • a further embodiment of a hybrid drive train 10 ' is shown, which generally corresponds to the drive train 10 of FIG. 1 ent in terms of and functionality. The same elements are therefore indicated by the same reference symbols.
  • drive power can be fed from the internal combustion engine either via the clutch K1 to the first partial transmission 32 or via the clutch K2 to the second partial transmission 34.
  • Drive power of the first electrical machine can be fed directly into the first partial transmission 32, or via the clutch K1 to the internal combustion engine 12 (for example, to start it).
  • Drive power of the second electric machine 60 can be introduced directly into the second Generalge gear 34 or via the clutch K2 to the internal combustion engine 12, for example to start it.
  • first partial transmission 32 and the second partial transmission 34 can be connected to one another via a third clutch K3, so that, for example, when the clutch K1 is closed, combustion engine power can flow via the clutch K3 to the second partial transmission 34.
  • the first electrical machine 56 can be switched to idle so that it rotates with virtually no loss, or it can be operated as a generator or as an electric motor.
  • the power of the combustion engine 12 can be passed to the first partial transmission 32 when the clutch K3 is closed.
  • a serial operation is also possible if, for example, purely electromotive drive power is fed from the first electrical machine 56 via the first partial transmission 32 to the output shaft 28.
  • the clutch K2 can be closed in order to then use the drive power of the internal combustion engine 12 to drive the second electric machine 60 in order to to let the second electric machine 60 work as a generator that charges a battery of the drive train 10 ', not shown in more detail. It goes without saying that in this case all the clutches of the second partial transmission 34 are open.
  • a switching table of the switching elements K1, K2, K3, A-E is shown in a purely internal combustion engine ferry operation or in a hybrid driving mode, in which the drive power is provided by the internal combustion engine and optionally by an electric motor.
  • the first clutch K1 is always closed and the second clutch K2 of the double clutch arrangement 14 is open.
  • the clutch A is closed and all other clutches B to E are geöff net.
  • the third clutch K3 is also open. Power consequently flows from the internal combustion engine via the first clutch K1 and the first input shaft 24 to the first gear set 36, and from there via the clutch A to the output shaft 28.
  • the clutch B for the forward gear stage 2 is closed as a preparatory step. This can, if necessary, take place with the aid of a synchronization by means of the second electrical machine 60.
  • the clutch A for the forward gear stage 1 is then opened, the tractive force being supported by the second electric machine 60 and the gear set 48 which has already been engaged for the forward gear stage 2.
  • the third clutch K3 can then be closed, the synchronization required for this taking place on the one hand by adjusting the speed of the internal combustion engine 12, but also by means of corresponding synchronization measures on the second electrical machine 16.
  • power therefore flows from the internal combustion engine 12 via the first clutch K1, the first input shaft 24, the closed third clutch K3, the second input shaft 26 and the gear set 48 for the second forward gear to the output shaft 28.
  • the third clutch K3 When changing to the forward gear stage V3, the third clutch K3 is again opened, the tractive force is supported by the second electric machine 60, and then the connecting gear stage 3 in the first sub-transmission 32 can be closed by closing the clutch C.
  • the necessary synchronization can take place here by means of the first electrical machine 56.
  • the load can then be taken over by means of the first electric machine 56, and the clutch B of the forward gear stage 2 can be opened.
  • FIG. 4 a purely electric motor ferry operation by means of the first electrical Ma machine is shown.
  • a first electrical gear stage E1 .1 only the clutch A for the forward gear stage 1 is closed.
  • a second electrical forward gear stage E1 .2 only the clutch C is closed.
  • a third electric motor gear stage E1 .3 the clutch E is closed.
  • FIG. 5 shows a purely electromotive ferry operation by means of the second electric machine 60.
  • a first gear stage E2.1 only the clutch B is closed.
  • a second electrical gear stage E2.2 only the clutch D is closed.
  • clutch B in the second sub-transmission can be closed and the second electric machine can consequently maintain the tractive force during the shifting process in the first sub-transmission.
  • the third clutch is used to connect the second input shaft 26 to the first input shaft 24 and consequently always to feed internal combustion engine power into the transmission arrangement 16 via the first input shaft 24.
  • the first electrical machine 56 assigned to the first partial transmission 32 is consequently always connected in a rotationally fixed manner to the internal combustion engine during this ferry operation. This makes it possible to set up load point shifts on the internal combustion engine, and the first electric machine can assist in speed control when a synchronization process is to take place. In other words, since the first clutch K1 always remains closed, the first electric machine 56 can support the internal combustion engine 12 when synchronizing.
  • the third clutch K3 In order to integrate the third clutch K3 required for this into the transmission arrangement as efficiently as possible, it is included in the third clutch pack 66. Since the third clutch K3 is consequently integrated with a clutch in a clutch pack that is assigned to that sub-transmission whose assigned clutch K1 of the dual clutch arrangement 14 is always engaged in the internal combustion engine or hybrid driving mode, the internal combustion engine can use all gear stages of the transmission.
  • the second clutch K2 is closed when a so-called serial operation is set up.
  • the first clutch K1 is opened here.
  • a purely electric motor-driven ferry operation is set up in one gear stage, for example in forward gear stage 1.
  • the internal combustion engine 12 drives the second electric machine 60 via the closed second clutch K2 and operates it as a generator, see above that the power drawn from a vehicle battery by the first electric machine 56 in this purely electric ferry operation can be fed in again at the same time via the second electric machine 60, at least partially.
  • the serial operation is used in particular in what is known as a creep mode, in which the vehicle speed is less than a minimum speed that can be set by the internal combustion engine.
  • That sub-transmission 32 which is assigned to clutch K1, which is always closed in internal combustion engine operation, preferably also contains the highest forward gear of the transmission arrangement 16.
  • the second electric machine 60 can be decoupled to avoid drag losses.
  • the first electrical machine 56 can remain coupled to the To supply the vehicle electrical system with electrical energy (operation as a generator), or to set up a boost operation (operation as a motor).
  • the desired gear stage is first engaged in the second sub-transmission by closing the associated Wegkupp ment (D or B). This takes place with the aid of a synchronization by means of the second electrical machine 60, the second electrical machine changing to this target gear stage in the second sub-transmission 34 without load. Then the second electrical machine 60 supports the tractive force during the shift via the target gear already engaged.
  • the clutch of the first sub-transmission which is assigned to the start or source gear stage, opens and then the third clutch K3 is closed, the internal combustion engine 12 and the first electric machine 56 interacting during synchronization.
  • the second electric machine 60 When shifting from the second partial transmission 34 into a gear stage of the first partial transmission 32, the second electric machine 60 initially supports the tractive force during the shift in the source gear stage or the actual gear.
  • K3 is first opened and one of the shifting elements A, C, E closes, with the internal combustion engine 12 and the first electrical machine 56 interacting in the event of the necessary synchronization.
  • the output gear stage (actual gear stage) in the second sub-transmission can be opened.
  • stationary charging can also take place with the hybrid drive train at a standstill.
  • the first clutch K1 can be closed and the drive power of the internal combustion engine is fed into the first electrical machine 56 via the first input shaft 24.
  • the second clutch K2 remains open, and the clutches A, C, E of the first partial transmission 32 remain open, so the first partial transmission 32 remains in neutral.
  • either stationary charging can take place, but the combustion engine 12 can also be started by means of the first electrical machine 56.
  • the internal combustion engine drives both electrical machines and both work as a generator to charge a vehicle battery.
  • a double clutch arrangement 14 is shown, which can be used as the double clutch arrangement 14 of the hybrid drive train of FIG.
  • the first clutch K1 is designed as a frictional clutch, in particular as a multi-plate clutch.
  • the second clutch K2 is designed as a form-fitting clutch, in particular as a non-synchronized claw clutch.
  • the input element EG which is common to the two clutches K1, K2, is connected in a rotationally fixed manner to an outer disk carrier 80 of the first clutch K1.
  • An inner plate carrier 82 of the first clutch K1 is rotatably connected to the first input shaft 24 a related party.
  • a disk set 84 is formed between the outer disk carrier 80 and the inner disk carrier 82 and can be compressed by means of a piston 86 in order to close the first clutch K1.
  • the first clutch K1 is preferably designed as a normally open clutch, which is always opened by means of a return spring force in the unloaded state.
  • the clutch assembly 14 has a single slide member 88.
  • the sliding member 88 can be moved into three different axial positions, namely in a first closed position X1 for closing the first clutch K1, in a second closed position X2 for closing the second clutch K2 and in an axially interposed neutral position N.
  • the second clutch K2 includes an axial clutch toothing 90 which is arranged on the second output member AG2. Furthermore, the second clutch K2 includes an axial clutch toothing 94 on the sliding member 88.
  • the sliding member 88 is non-rotatably connected to the input member EG, for example via an axial toothing not shown in detail. From the neutral position N shown in FIG. 6, the sliding member 88 can be moved to the right by means of a single actuating device S1 in order in this way to bring the toothings 90, 94 into engagement and to close the second clutch K2 in a form-fitting manner. From that shown in FIG. 6, the sliding member 88 can be moved to the right by means of a single actuating device S1 in order in this way to bring the toothings 90, 94 into engagement and to close the second clutch K2 in a form-fitting manner. From that shown in FIG. 6,
  • the sliding element 88 In the neutral position, the sliding element 88 can also be moved in the direction of the second closing position X1, in which an axial force is exerted by the sliding element 88 on the piston 86 in order to compress the disk pack 84.
  • first closed position X1 is not a fixed position, but rather the first clutch K1 is acted upon by an axial force due to its frictional function via the sliding member 88.
  • the concept of the first closed position therefore corresponds for the first clutch K1 to a position in which a sufficient axial pressure can be exerted by means of the piston 86 in order to establish a frictional connection in the clutch K1.
  • the sliding member 88 can have a sliding sleeve groove 96 known per se, into which the first actuating device S1 engages.
  • the first actuating device S1 can be, for example, a shift fork or a rocker switch that is axially coupled to an axially displaceable shift rod (not shown). Such a shift rod can be axially displaced by means of a suitable actuator in order to set up the positions X1, X2, N.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a double clutch arrangement 14 'which generally corresponds to the double clutch arrangement 14 of FIG. 6 in terms of structure and mode of operation. The same elements are therefore identified with the same reference symbols. The main differences are explained below.
  • the piston 86 is rotatably coupled to the input member EG, specifically in the area of the outer disk carrier 80.
  • the piston 86 in turn is rotatably connected to the sliding member 88, which in the double clutch arrangement 14 'on a predominantlyum catch of the first input shaft 24 is axially displaceable and rotatable.
  • the coupling toothing 90 is formed out at one axial end of a shaft stub which forms the second output member AG2.
  • the second output member AG2 is rigidly connected to the second input shaft 26, which is arranged as a hollow shaft around the first input shaft 24.
  • the coupling teeth 90 is formed on an outer periphery of this stub shaft.
  • the sliding member 88 has the coupling teeth 94 in the area of an inner circumference of an axial projection, such that the coupling teeth 94 can be pushed onto the coupling teeth 90 when the second closed position X2 is set up.
  • the sliding member 88 has a first shoulder 98 which is rigidly connected to the sliding member 88 and which forms part of the sliding sleeve groove 96, namely that axia len part by means of which an actuating device S1, not shown in detail in FIG. 7, an axial force on the Sliding member 88 can exercise to move it into the second closing position X2.
  • the sliding member 88 has a second shoulder 102 and an axial bearing 100.
  • the axial bearing 100 has a bearing member which forms part of the sliding sleeve groove 96, and a further member which rests on the second shoulder 102.
  • the actuating device S1 reaching into the sliding sleeve groove 96 can therefore exert an axial force on the sliding member 88 and consequently on the piston 86 via this axial bearing 100 in order to close the first clutch K1.

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Abstract

Kupplungsanordnung (14) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), die eine erste und eine zweite Kupplung (K1, K2) aufweist, die ein gemeinsames Eingangsglied (EG) beinhalten, wobei die erste Kupplung (K1) ein erstes Ausgangsglied (AG1) beinhaltet und wobei die zweite Kupplung (K2) ein zweites Ausgangsglied (AG2) beinhaltet, wobei die erste Kupplung (K1) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, wobei die zweite Kupplung als formschlüssige Kupplung (K2) ausgebildet ist, wobei der ersten und der zweiten Kupplung (K1, K2) ein einzelnes Schiebeglied (88) zugeordnet ist, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung (S1) in eine erste Schließposition (X1) und in eine axial versetzte zweite Schließposition (X2) bewegbar ist, um alternativ die erste oder die zweite Kupplung (K1, K2) zu schließen.

Description

Kupplunqsanordnunq, Kraftfahrzeuqantriebsstranq und Verfahren zum Betreiben eines
Antriebsstranqes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen Kraftfahrzeugan triebsstrang, die eine erste und eine zweite Kupplung aufweist, die ein gemeinsames Eingangsglied beinhalten, wobei die erste Kupplung ein erstes Ausgangsglied beinhal tet und wobei die zweite Kupplung ein zweites Ausgangsglied beinhaltet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Kupplungsanordnung sowie mit einer Getriebeanordnung, die ein ers tes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei eine Eingangswelle des ersten Teilgetriebes mit dem ersten Ausgangsglied verbunden ist und wobei eine Ein gangswelle des zweiten Teilgetriebes mit dem zweiten Ausgangsglied verbunden ist.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derarti gen Antriebsstranges.
Ein Antriebsstrang der oben beschriebenen Art ist bekannt aus dem Dokument DE 10 2006 036 758 A1 . Das dort offenbarte automatisierte Doppelkupplungsgetriebe weist zwei Eingangswellen sowie mindestens eine Abtriebswelle und eine unsynchronisierte Gangkupplung auf, wobei jeder der Eingangswellen zur Verbindung mit der Antriebs welle eines Antriebsmotors jeweils eine separate Motorkupplung und zur Verbindung mit der Abtriebswelle jeweils eine Gruppe von unterschiedlich übersetzten Gang- Zahnrädern mit jeweils einem Festrad und einem über eine zugeordnete Gangkupplung schaltbaren Losrad zugeordnet sind. Zur Vereinfachung des Aufbaus und der Steuer barkeit sind die beiden Kupplungen als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebil det. Als Anfahr- und Synchronisiermittel sind zwei Elektromaschinen vorgesehen, die wechselweise jeweils mit einer der Eingangswellen in T riebverbindung stehen.
Doppelkupplungsgetriebe stellen sei einigen Jahren eine Alternative zu Wandler- Automatikgetrieben dar. Doppelkupplungsgetriebe weisen eine Doppelkupplungsanord nung auf, die eingangsseitig mit einer Antriebsmaschine wie einem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Ein Ausgangsglied einer ersten Reibkupplung der Kupplungsanordnung ist mit einer ersten Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes verbunden, das typischer weise den geraden oder den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Ein Aus gangsglied einer zweiten Reibkupplung der Doppelkupplungsanordnung ist mit einer zweiten Eingangswelle eines zweiten Teilgetriebes verbunden, das typischerweise den anderen Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
Die den Teilgetrieben zugeordneten Gangstufen können in der Regel automatisiert ein- und ausgelegt werden. Im normalen Fährbetrieb ist eine der Kupplungen der Doppel kupplungsanordnung geschlossen. In dem anderen inaktiven Teilgetriebe kann dann eine Anschlussgangstufe vorab geschaltet werden. Durch überschneidende Betätigung der zwei Reibkupplungen kann dann ein Gangwechsel im Wesentlichen ohne Zugkraft unterbrechung durchgeführt werden. Die Reibkupplungen derartiger Doppelkupplungs anordnungen sind in der Regel als normalerweise offene Reibkupplungen ausgebildet. Ferner erfolgt die Übertragung von Drehmoment über derartige Reibkupplungen gene rell in einem Kraft- bzw. Reibschluss. In Notsituationen (z. B. bei einer Vollbremsung oder bei einer Fehlfunktion des Verbrennungsmotors) kann dabei ein Öffnen derartiger Reibkupplungen auch unter Last erfolgen.
Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen von Gangstufen in einem klassischen Vorge legegetriebe sind in der Regel als formschlüssige Kupplungen ausgebildet. In vielen Fällen ist diesen Schaltkupplungen eine mechanische Synchronisierung zugeordnet. Im geschalteten Zustand weisen derartige formschlüssige Kupplungen häufig sogenannte Hinterlegungen auf, so dass ein Öffnen derartiger formschlüssiger Schaltkupplungen unter Last schwieriger sein kann.
Kraftfahrzeuggetriebe werden in der Regel entweder für den Front- oder Heck- Quereinbau in einem Kraftfahrzeug konstruiert, wobei insbesondere auf eine kurze axia le Baulänge geachtet wird. Alternativ hierzu werden Getriebe für einen Längseinbau in einem Kraftfahrzeug konstruiert, wobei insbesondere auf eine radial kompakte Bauwei se geachtet wird. Bei den Front- bzw. Heck-Quer-Getrieben sind einer Eingangswellenanordnung häufig zwei achsparallel angeordnete Vorgelegewellen zugeordnet, so dass der Leistungsfluss entweder von der Eingangswellenanordnung über die eine Vorgelegewelle oder über die andere Vorgelegewelle erfolgen kann. Die Vorgelegewellen sind dabei auch als Ausgangswellen ausgebildet und stehen in der Regel beide mit einem Differential zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder in Eingriff.
Ein weiterer Trend auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebsstränge ist die sogenannte Hybridisierung. Generell bedeutet dies, dass einem Antriebsmotor in Form einer Ver brennungsmaschine eine elektrische Maschine als weitere Antriebsmaschine zugeord net wird. Hierbei wird zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Konzepten unter schieden, die jeweils eine unterschiedliche Anbindung der elektrischen Maschine an das Getriebe vorsehen. Bei Doppelkupplungsgetrieben ist eine typische Variante darin zu sehen, eine elektrische Maschine konzentrisch zu einem Eingangsglied der Doppel kupplungsanordnung anzuordnen. Um in diesem Fall die elektrische Maschine nicht nur zum Unterstützen des Verbrennungsmotors verwenden zu können, sondern auch einen rein elektromotorischen Fährbetrieb einrichten zu können, ist das Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung dabei in der Regel über eine Trennkupplung bzw. eine Verbrennungsmotor-Abkoppeleinrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbunden.
Die Hybridisierung von Getrieben stellt im Hinblick auf die eingangs genannten Anforde rungen an radialen und/oder axialen Bauraum hohe Anforderungen.
Bei dem Doppelkupplungsgetriebe, das aus der eingangs genannten DE 10 2006 036 758 A1 bekannt geworden ist, ist jedem Teilgetriebe eine elektrische Maschine zuge ordnet. Ferner ist die Doppelkupplungsanordnung durch zwei unsynchronisierte Klau enkupplungen gebildet. Die zum Anfahren und zum Synchronisieren bei Gangwechseln notwendigen Drehzahlanpassungen werden dabei über die elektrischen Maschinen rea lisiert. Die unsynchronisierten Klauenkupplungen sind in einem gemeinsamen Kupp lungsblock zusammengefasst, der zwei Schaltstellungen, in denen jeweils eine der bei den Kupplungen geschlossen ist, und eine Neutralstellung mit vollständig unterbroche nem Kraftfluss aufweist. Bei Gangwechseln in einem verbrennungsmotorischen Fährbe trieb ist immer ein Umschalten der Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung not- wendig. Ferner müssen je nach Art des Gangwechsels eine oder beide elektrische Ma schinen zur Synchronisierung und/oder zur Lastübernahme angesteuert werden.
Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbes serte Kupplungsanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, einen verbesserten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines derartigen Antriebsstranges anzugeben.
Die obige Aufgabe wird zum einen gelöst durch eine Kupplungsanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, die eine erste und eine zweite Kupplung aufweist, die ein gemeinsames Eingangsglied beinhalten, wobei die erste Kupplung ein erstes Aus gangsglied beinhaltet und wobei die zweite Kupplung ein zweites Ausgangsglied bein haltet, wobei die erste Kupplung als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, wobei die zweite Kupplung als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist, wobei der ersten und der zweiten Kupplung ein einzelnes Schiebeglied zugeordnet ist, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung in eine erste Schließposition und in eine axial versetzte zweite Schließposition bewegbar ist, um alternativ die erste oder die zweite Kupplung zu schließen.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer derartigen Kupplungsanordnung sowie mit einer Getriebeanordnung, die ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei eine Eingangswelle des ersten Teilgetriebes mit dem ersten Ausgangsglied verbunden ist und wobei eine Ein gangswelle des zweiten Teilgetriebes mit dem zweiten Ausgangsglied verbunden ist.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines An triebsstranges der erfindungsgemäßen Art mit den Schritten, in einem seriellen Fährbe trieb die erste Kupplung zu öffnen, die zweite Kupplung zu schließen, um die zweite elektrische Maschine durch verbrennungsmotorische Leistung anzutreiben und als Ge nerator zu betreiben, und Antriebsleistung zum Einrichten eines Fährbetriebs durch die erste elektrische Maschine bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung ermöglicht bei einer Übertragung von Leistung über die erste Kupplung, dass in einer Notsituation diese Kupplung auch unter Last geöffnet werden kann, da es sich um eine reibschlüssige Kupplung handelt.
Durch die Maßnahme, die erste und die zweite Kupplung mittels eines einzelnen Schie begliedes alternativ schließen zu können, kann die Kupplungsanordnung nur mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung betätigt werden. Der Betätigungsaufwand kann daher insgesamt reduziert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann eine Betätigung sämtlicher Kupplungen einschließlich der Kupplungsanordnung vor zugsweise mit nur vier Betätigungseinrichtungen realisiert werden.
Unter einer Kupplung soll vorliegend jede Art von Schaltelement verstanden werden, das dazu ausgelegt ist, ein Eingangsglied mit einem Ausgangsglied zu verbinden oder das Ausgangsglied von dem Eingangsglied zu trennen. Eine Kupplung kann daher im vorliegenden Zusammenhang sowohl eine reibschlüssige Kupplung sein, als auch eine formschlüssige Kupplung sein. Die zwei Glieder, die mittels einer Kupplung verbunden oder voneinander getrennt werden können, können beides Drehglieder sein, wie bei spielsweise eine Welle und ein Losrad, oder zwei Wellen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Kupplung zwei Glieder miteinander verbindet, von denen eines ge häusefest ist, wie beispielsweise im Falle einer sogenannten Bremse.
Das einzelne Schiebeglied ist vorzugsweise drehfest mit dem Eingangsglied verbunden.
Die einzelne Betätigungseinrichtung, die das einzelne Schiebeglied axial versetzt, kann einen Aktuator beinhalten. Der Aktuator kann ein hydraulischer Aktuator sein, ein elekt romotorischer Aktuator, ein elektrohydraulischer Aktuator oder ein elektromagnetischer Aktuator.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat das Schiebeglied zwischen den Schließpositionen eine axiale Neutralposition, in der sowohl die erste als auch die zwei te Kupplung geöffnet sind. Hierdurch ist es möglich, beide Ausgangsglieder von dem Eingangsglied abzukoppeln, beispielsweise in einem Hybrid-Antriebsstrang beim elektromotorischen Fährbetrieb.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste Kupplung einen Kolben auf, mittels dessen eine Reibpaarungsanordnung der ersten Kupplung andrück- bar ist, um einen Reibschluss herzustellen.
Die Reibpaarungsanordnung kann dabei beispielsweise ein Lamellenpaket einer als Lamellenkupplung ausgebildeten ersten Kupplung sein.
Von besonderem Vorzug ist es hierbei, wenn der Kolben drehfest mit dem Schiebeglied verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Kolben vorzugsweise drehfest mit dem Eingangs glied verbunden, beispielsweise mit einem Lamellenträger des Eingangsgliedes. Das Schiebeglied ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise drehbar an einer mit einem der Ausgangsglieder verbundenen Eingangswelle gelagert, insbesondere an der ersten Eingangswelle. Ferner ist das Schiebeglied hierbei vorzugsweise axial in Bezug auf die erste Eingangswelle verschieblich gelagert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Schiebeglied ein Axiallager, über das die Betätigungseinrichtung das Schiebeglied in Richtung der ersten Schließposition bewegen kann, um die erste Kupplung zu schließen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Schiebeglied eine erste Schulter aufweist, an der das Axiallager angeordnet ist und über die vorzugsweise eine von der Betäti gungseinrichtung ausgeübte Axialkraft auf das Schiebeglied und folglich den Kolben übertragen wird.
Das Axiallager ist dabei vorzugsweise so an dem Schiebeglied angeordnet, dass die Betätigungseinrichtung direkt an dem Axiallager angreifen kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Schiebeglied eine zwei te Schulter auf, über die die Betätigungseinrichtung das Schiebeglied in die zweite Schließposition bewegen kann, um die zweite Kupplung zu schließen.
Die zweite Schulter ist vorzugsweise starr mit dem Schiebeglied verbunden. Generell ist es zwar auch denkbar, die Betätigungseinrichtung über ein zweites Axiallager auf die zweite Schulter wirken zu lassen. Da jedoch die zum Schließen der zweiten Kupplung erforderlichen Axialkräfte vergleichsweise gering sind, ist es bevorzugt, die Betäti gungseinrichtung direkt auf die zweite Schulter wirken zu lassen .
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist es bevorzugt, wenn dieser eine erste elektrische Maschine aufweist, die mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, und/oder eine zweite elektrische Maschine aufweist, die mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist.
Hierdurch wird ein Hybrid-Antriebsstrang realisiert, der sämtliche Hybrid-Funktionen ermöglicht, von denen einige nachstehend im Detail beschrieben sind.
Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang besonders bevorzugt, wenn dieser eine dritte Kupplung zum Verbinden des ersten und des zweiten Teilgetriebes aufweist.
Bevorzugt ist dabei ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges, mit den Schrit ten, bei einem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb die Gangstufen des einen Teilgetriebes durch Schließen der zugeordneten Kupplung der Kupplungsanordnung zu nutzen und die Gangstufen des anderen Teilgetriebes durch Schließen derselben Kupplung der Kupplungsanordnung und der dritten Kupp lung zu nutzen.
Ferner ist bevorzugt ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebsstranges der erfindungsgemäßen Art, mit den Schritten, in einem verbrennungsmotorischen Fährbe trieb in einer Gangstufe des anderen Teilgetriebes die dritte Kupplung zu öffnen, um das andere Teilgetriebe und die dem anderen Teilgetriebe zugeordnete elektrische Ma schine abzukoppeln.
Ferner ist bevorzugt ein Verfahren zum Betreiben eines Hybrid-Antriebsstranges der erfindungsgemäßen Art, mit den Schritten, in einem rein elektromotorischen Fährbetrieb Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine über das erste Teilgetriebe bereitzu stellen und gleichzeitig Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine über das zweite Teilgetriebe bereitzu stellen, wobei eine Lastschaltung realisierst wird, indem eine der elektrischen Maschinen die Zugkraft über das zugeordnete Teilgetriebe aufrechter hält, während in dem anderen Teilgetriebe ein Gangwechsel vollzogen wird.
Der erfindungsgemäße Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht durch das Bereitstellen der dritten Kupplung zum Verbinden des ersten und des zweiten Teilgetriebes, dass in ei nem verbrennungsmotorischen oder einem Hybrid-Fahrbetrieb Gangwechsel durchge führt werden können, ohne die Kupplungsanordnung, die nachstehend auch als Dop pelkupplungsanordnung bezeichnet wird, betätigen zu müssen. Ferner, da jedem Teil getriebe eine eigene elektrische Maschine vorzugsweise zugeordnet ist, können beide elektrische Maschinen zum Bereitstellen von Antriebsleistung vorgesehen werden.
Zudem können beide elektrische Maschinen als Generator oder als Motor in einem se riellen Betrieb verwendet werden. Unter einem seriellen Betrieb wird vorliegend ver standen, dass in einem rein elektromotorischen Fährbetrieb mittels einer der zwei elektrischen Maschinen die andere elektrische Maschine gleichzeitig von dem Verbren nungsmotor angetrieben und als Generator betrieben wird, um eine Fahrzeugbatterie zu laden. Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise dieselbe, aus der die als Motor arbeitende elektrische Maschine Leistung entnimmt.
Zudem ist es mit dem erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsstrang möglich, bei Gang wechseln in einem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder einem Hybrid- Fahrbetrieb eine elektrische Maschine zum Synchronisieren zu verwenden, also den Verbrennungsmotor beim Synchronisieren durch eine elektrische Maschine zu unter stützen. Mit anderen Worten ist in dem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder in dem Hybrid-Fahrbetrieb immer eine der elektrischen Maschinen mit dem Verbren- nungsmotor verbunden. Hierdurch ist eine Lastpunktverschiebung an dem Verbren nungsmotor möglich und diese elektrische Maschine kann bei der Drehzahlregelung unterstützen, wenn ein Schaltelement wie eine Schaltkupplung synchronisiert werden muss. Der Verbrennungsmotor muss sich folglich nicht aus "eigener Kraft" synchronisie ren, sondern wird immer von einer der beiden elektrischen Maschinen bei seiner aktuel len Drehzahl "abgeholt".
In dem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder in dem Hybrid-Fahrbetrieb ist es bei Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens so, dass die eine Kupplung des einen Teilgetriebes für sämtliche Zustände dieses Fährbetriebes geschlossen bleibt, während die andere Kupplung der Doppelkupplungsanordnung während sämtlicher Zustände dieses Fährbetriebs geöffnet bleibt.
In einem rein elektromotorischen Fährbetrieb ist es mit dem erfindungsgemäßen Hyb- rid-Antriebsstrang möglich, beide Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung zu öff nen und die dritte Kupplung zu schließen, so dass die zwei elektrischen Maschinen mit einander gekoppelt werden und gemeinsam Antriebsleistung über eine einzige Gang stufe bereitstellen können. Alternativ ist es möglich, in einem rein elektromotorischen Fährbetrieb die beiden elektrischen Maschinen über ihre jeweiligen Teilgetriebe parallel zu betreiben und die dritte Kupplung geöffnet zu lassen.
Die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung, die vorzugsweise im normalen verbrennungsmotorischen Fährbetrieb und im normalen Hybrid-Fahrbetrieb immer ge öffnet ist, wird vorzugsweise bei dem seriellen Betrieb geschlossen. In dem seriellen Betrieb arbeitet eine elektrische Maschine als Motor und stellt elektromotorische Leis tung für einen rein elektromotorischen Fährbetrieb bereit, beispielsweise für einen Fährbetrieb in einer Anfahrgangstufe (erster Gang), um ein Fahrzeug in einem soge nannten "Kriechgang" anzutreiben. In einem solchen Kriechgang liegt die Fahrge schwindigkeit des Fahrzeugs in der Regel unterhalb einer Geschwindigkeit, bei der der Verbrennungsmotor als Antriebsmotor verwendet werden kann (aufgrund der Überset zung der niedrigsten Gangstufe bzw. Anfahrgangstufe). Um eine solche niedrige Fahr geschwindigkeit auch dauerhaft über die maximale Kapazität der Fahrzeugbatterie hin- aus einrichten zu können, kann der oben beschriebene serielle Betrieb realisiert wer den.
Bei der Getriebeanordnung sind die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. Die erste Eingangswelle ist vorzugsweise als Innenwelle ausgebildet. Die zweite Eingangswelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet. Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise genau eine Vorgelegewelle auf. Vorzugsweise ist die eine Vorgelegewelle gleichzeitig eine Ausgangswelle der Ge triebeanordnung. Vorzugsweise ist die Vorgelegewelle zu diesem Zweck mit einem Ab triebsrad verbunden, das dazu ausgebildet ist, eine Leistungsverteilungsanordnung wie ein Differential anzutreiben.
Unter schaltbaren Radsätzen werden vorliegend Radsätze verstanden, die ein Losrad und ein Festrad aufweisen, die miteinander kämmend in Eingriff stehen, und die mittels einer zugeordneten Schaltkupplung schaltbar sind. Bei einem geschalteten Radsatz ist das Losrad dieses Radsatzes mit der zugeordneten Welle drehfest verbunden. Die Radsätze sind vorzugsweise Stirnradsätze, die vorzugsweise jeweils eine der zwei Ein gangswellen und die Vorgelegewelle miteinander verbinden.
Jedem Radsatz ist vorzugsweise eine reguläre Vorwärtsgangstufe zugeordnet, d.h. eine feste Übersetzung. Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise keinen Radsatz auf, der einer Rückwärtsgangstufe zugeordnet ist. Rückwärtsfahren wird vorzugsweise aus schließlich über eine der elektrischen Maschinen realisiert.
Die dritte Kupplung verbindet vorzugsweise die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle. Die dritte Kupplung ist vorzugsweise keine solche Kupplung, die zur Einrichtung einer sogenannten Windungsgangstufe in der Getriebeanordnung verwen det wird. Denn bei dem Einrichten einer Windungsgangstufe werden in der Regel zwei Radsätze von jedem der zwei Teilgetriebe involviert, um eine möglichst niedrige oder eine möglichst hohe Übersetzung zu realisieren, also eine hohe Spreizung der Getrie beanordnung zu ermöglichen. Vorliegend wird Leistung jedoch vorzugsweise immer nur über einen Radsatz entweder von der ersten Eingangswelle zu der Vorgelegewelle oder von der zweiten Eingangswelle zu der Vorgelegewelle übertragen, so dass die Sprei- zung der Getriebeanordnung sich vorzugsweise ausschließlich durch die Übersetzun gen der regulären Vorwärtsgangstufen ergibt. Folglich kann die Getriebeanordnung ge nerell mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.
Das erste Teilgetriebe ist in einer bevorzugten Ausführungsform den ungeraden Gang stufen zugeordnet. In entsprechender Weise ist das zweite Teilgetriebe in einer bevor zugten Ausführungsform den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet.
Unter einer Verbindung wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die zwei mitei nander zu verbindenden Elemente dauerhaft drehfest miteinander verbunden sind; sie können alternativ aber bedarfsweise drehfest miteinander verbunden sein. Unter einer drehfesten Verbindung wird vorliegend verstanden, dass die so verbundenen Elemente mit einer zueinander proportionalen Drehzahl drehen , insbesondere mit derselben Drehzahl.
Die elektrischen Maschinen sind vorzugsweise achsparallel zu der Getriebeanordnung angeordnet. Die Längsachsen der elektrischen Maschinen sind folglich vorzugsweise parallel, jedoch versetzt zu sowohl den Eingangswellen als auch der Vorgelegewelle angeordnet.
In einer bevorzugten Variante ist die Reihenfolge der Elemente ausgehend von einem Eingang der Getriebeanordnung folgende: Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 4, Schalt kupplungspaket für die Vorwärtsgangstufen 4 und 2, Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 2, Schaltkupplungspaket mit der dritten Kupplung und einer Schaltkupplung für die Vor wärtsgangstufe 3 (oder die Vorwärtsgangstufe 5), Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 3 (oder 5), Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 1 , Schaltkupplungspaket für die Vorwärts gangstufen 1 und 3 (oder 1 und 5), und Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 5 (oder 3).
Die Schaltkupplungspakete für die Vorwärtsgangstufen 2 und 4 sowie 1 und 3 (oder 1 und 5) sind vorzugsweise an einer Vorgelegewelle angeordnet. Ein Schaltkupplungspa ket, das die dritte Kupplung beinhaltet sowie eine Schaltkupplung für die Vorwärtsgang stufe 5 oder 3, ist vorzugsweise koaxial zu den Eingangswellen angeordnet. Unter einem Schaltkupplungspaket wird generell eine Anordnung aus zwei Schaltkupp lungen verstanden, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätig bar sind. Ferner weist ein Schaltkupplungspaket in der Regel eine Neutralstellung auf, bei der keine der zwei Schaltkupplungen des Paketes geschlossen ist. Ein derartiges Schaltkupplungspaket kann auch als Doppelschaltelement bezeichnet werden. Eine Schaltkupplung ist generell eine formschlüssige Kupplung, die prinzipiell synchronisiert (mit einer mechanischen Synchronisierung) oder nichtsynchronisiert sein kann.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Radsatz, der mit dem Schaltkupplungspaket schaltbar ist, jenem Teilgetriebe zugeordnet ist, dessen zugeordnete Kupplung im ver brennungsmotorischen Fährbetrieb und im Hybrid-Fahrbetrieb immer geschlossen ist. Vorzugsweise ist dieser Radsatz dem ersten Teilgetriebe zugeordnet, das den ungera den Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Radsatz der Vorwärtsgangstufe 5 oder der Vorwärtsgangstufe 3 zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Kupplung der Dop pelkupplungsanordnung und/oder die zweite Kupplung der Doppelkupplungsanordnung und/oder die dritte Kupplung und/oder wenigstens eine Schaltkupplung der Getriebean ordnung als Klauenkupplung ausgebildet, also als nichtsynchronisiertes Schaltelement. Eine solche Klauenkupplung weist insbesondere keine Reibelemente zum Synchroni sieren von miteinander zu verbindenden Bauteilen auf.
Durch die Tatsache, dass jedem Teilgetriebe eine eigene elektrische Maschine zuge ordnet ist, können Funktionen der Synchronisierung und/oder der Lastübernahme mit tels der elektrischen Maschinen erfolgen. Demzufolge können die oben genannten Kupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet werden, so dass sich sowohl Einspa rungspotentiale hinsichtlich des axialen und/oder radialen Bauraumes ergeben, als auch Gewichtsvorteile.
In einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist die erste elektrische Ma schine über einen Gangradsatz des ersten Teilgetriebes mit der ersten Eingangswelle verbunden und/oder ist die zweite elektrische Maschine über einen Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes mit der zweiten Eingangswelle verbunden. Generell ist es denkbar, die elektrische Maschinen koaxial zu beispielsweise dem jewei ligen Eingangswellen der Teilgetriebe anzuordnen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die elektrischen Maschinen achsparallel zu der Eingangswellenanordnung angeordnet sind. Die Verbindung mit der jeweiligen Eingangswelle kann dann über ein Umschlingungs getriebe oder einen Radsatz erfolgen. Hierzu kann ein separater Radsatz vorgesehen sein. Dies kann den Vorteil einer optimalen Übersetzungsanbindung beinhalten. Wie oben erwähnt, ist es jedoch bevorzugt, wenn die Verbindung der elektrischen Maschi nen über jeweilige Gangradsätze erfolgt. Hierdurch kann Gewicht eingespart werden. Eine Übersetzungsanpassung kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass ein Masch i nenritzel der jeweiligen elektrischen Maschine nicht direkt mit einem Zahnrad des Gangradsatzes verbunden wird bzw. kämmend in Eingriff steht, sondern noch ein Zwi schenrad dazwischengeschaltet ist, so dass die elektrischen Maschinen mit einer opti mierten Übersetzung an die jeweiligen Teilgetriebe angebunden sein können. Insbe sondere können die elektrischen Maschinen dabei als relativ hochdrehende Maschinen realisiert werden, die folglich kompakt aufgebaut werden können.
Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn der Gangradsatz des ersten Teilgetriebes, über den die erste elektrische Maschine mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe des ersten Teilgetriebes zugeordnet ist, und/oder wenn der Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes, über den die zweite elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe des zweiten Teilge triebes zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Gangradsatz des ersten Teilgetriebes, über den die erste elektrische Maschine mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, an einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet, und/oder der Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes, über den die zweite elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, ist an einem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet.
Dies ermöglicht eine Anbindung der elektrischen Maschine zum einen an jenen Stellen, an denen hohe Lagerkräfte aufgenommen werden können, da an den axialen Enden der Getriebeanordnung in der Regel Gehäusewände oder Lagerplatten angeordnet sind. Ferner ermöglicht dies eine Anbindung der elektrischen Maschinen so, dass diese Anbindung möglichst unbeeinflusst voneinander bleibt. Zudem ermöglicht diese Art der Verbindung, dass die elektrischen Maschinen axial überlappend zueinander angeordnet werden können. Von besonderem Vorzug ist es, wenn die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine sich zwischen dem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung und dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung erstreckt. Hierdurch kann auch eine axial kompakte Bauweise realisiert werden.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilge triebe den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und weist drei Radsätze auf, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder ist das zweite Teilge triebe vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und weist zwei oder drei Radsätze auf, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
Mit fünf oder sechs Vorwärtsgangstufen kann ein verbrennungsmotorischer Fährbetrieb über einen großen Geschwindigkeitsbereich realisiert werden. Für sehr niedrige Ge schwindigkeitsbereiche kann gegebenenfalls ausschließlich elektromotorisch gefahren werden.
Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise also nur fünf oder sechs Radsatzebenen auf. Ferner weist die Getriebeanordnung vorzugsweise nur drei Schaltkupplungsebenen auf, in denen jeweils vorzugsweise genau ein Schaltkupplungspaket angeordnet ist.
Vorzugsweise weist die Getriebeanordnung nur genau vier Betätigungseinrichtungen auf, von denen drei den Schaltkupplungspaketen der Getriebeanordnung zugeordnet sind und von denen eine der Doppelkupplungsanordnung zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform sind die erste elektri sche Maschine und die zweite elektrische Maschine baugleich.
Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile sowie Lagerhaltungsvorteile. Die zwei elektri schen Maschinen können dann quasi "gleichberechtigt" innerhalb der Getriebeanord nung arbeiten und können beide alternativ als Antriebsmaschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges und/oder als Generator zum Laden einer Fahrzeugbatterie betrieben werden.
Insgesamt wird mittels des Hybrid-Antriebsstranges je nach Ausführungsform wenigs tens einer der folgenden Vorteile erzielt:
- geringer Bauaufwand, da vorzugsweise nur fünf (gegebenenfalls sechs) Radsatzpaare und vier Betätigungseinrichtungen vorzusehen sind,
- es ergibt sich ein guter Wirkungsgrad und ein einfacher Aufbau, da insbesondere kei ne Windungsgangstufen realisiert werden,
- es ergeben sich geringe Bauteilbelastungen,
- es ergeben sich wenigstens drei elektrische Gangstufen für die erste elektrische Ma schine und wenigstens zwei Gangstufen für die zweite elektrische Maschine,
- die Getriebeanordnung weist vorzugsweise nur eine Vorgelegewelle auf, die vorzugs weise über nur einen Abtriebsradsatz mit einer Leistungsverteilungseinrichtung verbun den ist,
- Schaltvorgänge können schnell und effizient durchgeführt werden, da in einem ver brennungsmotorischen und einem Hybrid-Fahrbetrieb ein Schalten der Doppelkupp lungsanordnung nicht notwendig ist und da die Synchronisierung von Gangstufen im mer auch unter Verwendung einer elektrischen Maschine durchführbar ist,
- ein serieller Betrieb ist sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine als auch mit tels der zweiten elektrischen Maschine als Generator realisierbar,
- es ergibt eine hohe Versatilität bei kompakten Abmessungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläu ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Radsatz-Darstellung einer Ausführungsform eines Hybrid- Antriebsstranges; Fig. 2 eine schematische Leistungsfluss-Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges;
Fig. 3 eine Schalttabelle für einen verbrennungsmotorischen und einen Hybrid- Fahrbetrieb des Flybrid-Antriebsstranges der Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine;
Fig. 5 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung; und
Fig. 7 eine Teil-Längsschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Kupplungsanordnung.
In Fig. 1 ist in schematischer Form ein Hybrid -Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, ins besondere einen Personenkraftwagen, dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, der mit einem Eingangsglied einer Doppelkupplungsanordnung 14 verbunden ist. Die Doppelkupp lungsanordnung 14 ist ausgangsseitig mit einer Hybrid-Getriebeanordnung 16 verbun den. Ein Ausgang der Hybrid-Getriebeanordnung 16 ist mit einer Leistungsverteilungs einrichtung 18 verbunden, die beispielsweise als mechanisches Differential ausgebildet sein kann und die Antriebsleistung auf zwei angetriebene Räder 20L, 20R des Kraft fahrzeuges verteilen kann.
Ferner beinhaltet der Hybrid-Antriebsstrang 10 eine Steuereinrichtung 22 zur Steuerung sämtlicher Komponenten hiervon. Die Doppelkupplungsanordnung 14 ist auf einer Achse A1 angeordnet, die koaxial zu einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 ist. Die Doppelkupplungsanordnung 14 kann zwei Reibkupplungen aufweist oder eine Reibkupplung und eine nichtsynchron i- sierte Klauenkupplung. Im vorliegenden Fall beinhaltet die Doppelkupplungsanord nung 14 zwei Kupplungen K1 und K2. Die zwei Kupplungen K1 , K2 weisen ein gemein sames Eingangsglied EG auf, das drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmo tors 12 verbunden ist. Die erste Kupplung K1 weist ein erstes Ausgangsglied AG1 auf. Die zweite Kupplung K2 weist ein zweites Ausgangsglied AG2 auf. Die Ausgangsglieder AG1 , AG2 sind koaxial zueinander angeordnet.
Die Getriebeanordnung 16 weist eine erste Eingangswelle 24 und ein zweite Eingangs welle 26 auf. Die Eingangswellen 24, 26 sind koaxial zueinander und zu der Achse A1 angeordnet. Die erste Eingangswelle 24 ist als Innenwelle ausgebildet. Die zweite Ein gangswelle 26 ist als Hohlwelle ausgebildet.
Die Getriebeanordnung 16 beinhaltet ferner eine Vorgelegewelle 28, die als Ausgangs welle 28 ausgebildet und koaxial zu einer zweiten Achse A2 angeordnet ist. Die Aus gangswelle 28 ist über einen Abtriebsradsatz 30 mit der Leistungsverteilungseinrich tung 18 verbunden, die koaxial zu einer Achse A3 angeordnet ist.
An der Ausgangswelle 28 oder an einem Eingangsglied der Leistungsverteilungseinrich tung 18 kann ein Parksperrenrad P drehfest festgelegt sein, mittels dessen der Hybrid- Antriebsstrang 10 immobilisiert werden kann. Die zugehörige Parksperreneinrichtung ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Die Getriebeanordnung 16 weist ein erstes Teilgetriebe 32 und ein zweites Teilgetrie be 34 auf. Die Teilgetriebe 32, 34 sind axial versetzt zueinander angeordnet. Das erste Teilgetriebe 32 ist benachbart zu einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet. Das zweite Teilgetriebe 34 ist benachbart zu einem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet, wobei das zweite axiale Ende benachbart ist zu der Doppelkupplungsanordnung 14. Die Teilgetriebe 30, 32 weisen eine Mehrzahl von schaltbaren Radsätzen auf, die in geschaltetem Zustand jeweils eine Eingangswelle und die Ausgangswelle 28 verbinden. Das erste Teilgetriebe 32 weist einen ersten Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 sowie einen zweiten Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3 auf. Der zweite Rad satz 38 ist näher an dem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet als der erste Radsatz 36. Zwischen dem ersten Radsatz 36 und dem zweiten Radsatz 38 ist ein erstes Schaltkupplungspaket 40 angeordnet, und zwar koaxial zu der Achse A2. Das erste Schaltkupplungspaket 40 beinhaltet eine erste Schaltkupplung A zum Schal ten des ersten Radsatzes 36 sowie eine zweite Schaltkupplung C zum Schalten des zweiten Radsatzes 38. Die zwei Schaltkupplungen A, C sind alternativ schaltbar und sind als nicht synchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet. Das Schalten eines Rad satzes beinhaltet das drehfeste Verbinden eines Losrades des jeweiligen Radsatzes mit einer zugeordneten Welle. Vorliegend wird beispielsweise der erste Radsatz 36 ge schaltet, indem ein an der Ausgangswelle 28 drehbar gelagertes Losrad des ersten Radsatzes 36 drehfest mit der Ausgangswelle 28 verbunden wird, um auf diese Weise den ersten Radsatz in den Leistungsfluss zu bringen.
Das erste Teilgetriebe 32 weist ferner einen dritten Radsatz 42 für die Vorwärtsgangstu fe 5 auf. Der dritte Radsatz 42 ist näher an dem zweiten axialen Ende der Getriebean ordnung 16 angeordnet als der erste Radsatz 36.
Der dritte Radsatz 42 ist mittels einer Schaltkupplung E schaltbar und weist ein Losrad auf, das drehbar an der ersten Eingangswelle 24 gelagert ist.
Das zweite Teilgetriebe 34 weist einen vierten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 und einen fünften Radsatz 50 für die Vorwärtsgang stufe 4 auf. Der fünfte Radsatz 50 ist näher an dem zweiten axialen Ende angeordnet als der vierte Radsatz 48. Zwischen den Radsätzen 48, 50 ist ein zweites Schaltkupplungspaket 52 angeordnet, und zwar koaxial zu der Achse A2. Das zweite Schaltkupplungspaket 52 weist eine Schaltkupp lung B zum Schalten des vierten Radsatzes 48 und eine Schaltkupplung D zum Schal ten des fünften Radsatzes auf. Die Schaltkupplungen B und D sind in dem zweiten Schaltkupplungspaket 52 aufgenommen, derart, dass sie alternativ betätigbar sind. Die Getriebeanordnung 16 weist folglich fünf Radsatzebenen auf, nämlich ausgehend von dem zweiten axialen Ende hin zu dem ersten axialen Ende in folgender Reihenfol ge: Radsatz 50 für die Vorwärtsgangstufe 4, Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2, Radsatz 42 für die Vorwärtsgang stufe 5, Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 und Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3.
Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine erste elektrische Maschine 56 auf, die koaxial zu einer vierten Achse A4 angeordnet ist. Die erste elektrische Maschine 56 weist ein erstes Ritzel 58 auf, das drehfest mit einem Rotor der ersten elektrischen Ma schine 56 verbunden ist und koaxial zu der Achse A4 ist. Das erste Ritzel, das auch als erstes Maschinenritzel bezeichnet werden kann, ist über ein erstes Zwischenrad 59, das an einer nicht näher bezeichneten Achse drehbar gelagert ist, mit einem Gangrad satz des ersten Teilgetriebes 32 verbunden, im vorliegenden Fall mit dem zweiten Rad satz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3. Genauer gesagt kämmt das erste Ritzel 58 mit dem ersten Zwischenrad 59, und das erste Zwischenrad 59 kämmt mit einem Festrad des zweiten Radsatzes 38, wobei das Festrad drehfest mit der ersten Eingangswelle 24 verbunden ist.
Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine zweite elektrische Maschine 60 auf, die achsparallel zu den Eingangswellen 24, 26 angeordnet ist, und zwar koaxial zu einer fünften Achse A5. Die zweite elektrische Maschine weist ein zweites Ritzel (zweites Maschinenritzel) 62 auf, das koaxial zu der Achse A5 angeordnet ist. Das zweite Ritzel 62 ist mit der zweiten Eingangswelle 26 über einen Gangradsatz des zweiten Teilgetriebes 34 verbunden. Vorliegend ist das zweite Ritzel 62 über ein zweites Zwi schenrad 63 mit dem fünften Radsatz für die Vorwärtsgangstufe 4 verbunden. Genauer gesagt kämmt das zweite Ritzel 62 mit dem zweiten Zwischenrad 63, das an einer nicht näher bezeichneten Achse drehbar gelagert ist, und das zweite Zwischenrad 63 kämmt mit einem Festrad des fünften Radsatzes 50, wobei das Festrad drehfest mit der zwei ten Eingangswelle 26 verbunden ist.
Die fünf Achsen A1 , A2, A3, A4, A5 sind sämtlich parallel miteinander ausgerichtet. Die Doppelkupplungsanordnung 14 ist, wie oben erwähnt, benachbart zu dem zweiten axialen Ende der Getriebeanordnung 16 angeordnet. Der Abtriebsradsatz 30 ist eben falls auf der zweiten axialen Seite der Getriebeanordnung 16 angeordnet und ist vor zugsweise axial ausgerichtet mit der Doppelkupplungsanordnung 14 bzw. liegt in etwa in einer Ebene hiermit. Zwischen dem Abtriebsradsatz 30 und dem fünften Radsatz 50 kann an der Ausgangswelle 28 das Parksperren rad P festgelegt sein.
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10 sind die elektrischen Maschinen 56, 60 jeweils vor zugsweise mit einem Gangradsatz ihres zugeordneten Teilgetriebes verbunden, der der höchsten Gangstufe jenes Teilgetriebes zugeordnet ist. Zu diesem Zweck kann es in dem ersten Teilgetriebe 32 sinnvoll sein, die Radsätze 38, 42 zu vertauschen, derart, dass das erste Schaltkupplungspaket 40 eine Schaltkupplung A und die Schaltkupplung E für die fünfte Vorwärtsgangstufe beinhaltet, und eine Schaltkupplung C zum Schalten der Vorwärtsgangstufe 3 an der ersten Eingangswelle 24 angeordnet ist. Ferner sind die elektrischen Maschinen 56, 60 jeweils über einen Gangradsatz mit ihrem jeweiligen Teilgetriebe verbunden, der vorzugsweise jeweils benachbart zu einem axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet ist. Die Radsätze liegen dabei an gegenüberliegen den axialen Enden.
Die elektrischen Maschinen 56, 60 sind axial überlappend zueinander angeordnet.
Durch die Anbindung über Zwischenräder 59, 63 können hohe Übersetzungen zu den jeweiligen Gangradsätzen eingerichtet werden, so dass relativ hochdrehend elektrische Maschinen verwendet werden können, die kompakt bauen.
Die Hybrid-Getriebeanordnung weist vorliegend genau fünf Vorwärtsgangstufen auf und weist keine Rückwärtsgang stufe auf. Ein Rückwärtsfahrbetrieb kann mittels des Hybrid - Antriebsstranges 10 ausschließlich eingerichtet werden, wenn eine der elektrischen Maschinen 56 oder 60 in umgekehrter Drehrichtung angetrieben wird.
Die Getriebeanordnung 16 weist keine Windungsgangstufen auf. Jeder Radsatz 36 bis 50 weist genau ein Losrad und ein Festrad auf, wobei die Losräder der Radsät ze 36, 38, 48, 50 drehbar an der Ausgangswelle 28 gelagert sind, und wobei das Los rad des Radsatzes 42 drehbar an der ersten Eingangswelle 24 gelagert ist. Der Hybrid-Antriebsstrang 10 weist ferner eine dritte Kupplung K3 auf, die auch als Brü ckenkupplung bezeichnet werden kann.
Die dritte Kupplung dient zum Verbinden der ersten Eingangswelle 24 und der zweiten Eingangswelle 26. Die dritte Kupplung K3 ist benachbart zu dem vierten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 angeordnet und ist mit der Schaltkupplung E für den dritten Radsatz 42 zum Schalten der fünften Vorwärtsgangstufe in einem dritten Schaltkupp lungspaket 66 aufgenommen. Die dritte Kupplung K3 ist genauso wie die Schaltkupp lungen A, B, C, D, E als nichtsynchronisierte Klauenkupplung realisiert.
Das dritte Schaltkupplungspaket 66 ist koaxial zu der ersten Achse A1 angeordnet, und zwar zwischen den Radsätzen 42, 48.
Die Doppelkupplungsanordnung 14 und die drei Schaltkupplungspakete 40, 52, 66 sind mittels vier Betätigungseinrichtungen S1 bis S4 betätigbar.
Eine Betätigungseinrichtung S1 dient zum Betätigen der Doppelkupplungsanordnung 14 und kann entweder die Kupplung K1 schließen, oder die Kupplung K2 schließen oder eine Neutralstellung einrichten.
In entsprechender Weise kann das erste Schaltkupplungspaket 40 mittels einer vierten Betätigungseinrichtung S4 betätigt werden. Mittels der vierten Betätigungseinrich tung S4 kann entweder die Schaltkupplung A geschlossen werden, oder die Schalt kupplung C geschlossen werden oder eine Neutralstellung eingerichtet werden.
In entsprechender Weise kann das zweite Schaltkupplungspaket 52 mittels einer dritten Betätigungseinrichtung S3 betätigt werden, um entweder die Kupplung D zu schließen, oder die Kupplung B zu schließen oder eine Neutralstellung einzurichten.
Schließlich kann das dritte Schaltkupplungspaket 66 mittels einer zweiten Betätigungs einrichtung S2 geschaltet werden, um entweder die Kupplung K3 zu schließen, oder die Kupplung E zu schließen oder eine Neutralstellung einzurichten. In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges 10' dargestellt, der hinsichtlich und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 ent spricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
Es ist zu erkennen, dass Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor entweder über die Kupplung K1 zum ersten Teilgetriebe 32 oder über die Kupplung K2 zum zweiten Teilgetriebe 34 geführt werden kann. Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine kann unmittelbar in das erste Teilgetriebe 32 eingespeist werden, oder über die Kupp lung K1 hin zu dem Verbrennungsmotor 12 (beispielsweise um diesen zu starten).
Antriebsleistung der zweiten elektrischen Maschine 60 kann direkt in das zweite Teilge triebe 34 eingeleitet werden oder über die Kupplung K2 zu dem Verbrennungsmotor 12, beispielsweise um diesen zu starten.
Ferner ist zu erkennen, dass das erste Teilgetriebe 32 und das zweite Teilgetriebe 34 über eine dritte Kupplung K3 miteinander verbindbar sind, so dass beispielsweise bei geschlossener Kupplung K1 verbrennungsnotorische Leistung über die Kupplung K3 zu dem zweiten Teilgetriebe 34 fließen kann.
In diesem Fall kann die erste elektrische Maschine 56 in den Leerlauf geschaltet wer den, so dass sie nahezu verlustlos mitdreht, oder kann generatorisch oder elektromoto risch betrieben werden.
In entsprechender Weise kann bei geschlossener Kupplung K2 Leistung des Verbren nungsmotors 12 zu dem ersten Teilgetriebe 32 geleitet werden, wenn man die Kupp lung K3 schließt.
Ein serieller Betrieb ist ferner möglich, wenn man beispielsweise rein elektromotorische Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 56 über das erste Teilgetriebe 32 zu der Ausgangswelle 28 führt. In diesem Fall kann bei geöffneten Kupplungen K1 und K3 die Kupplung K2 geschlossen werden, um dann Antriebsleistung des Verbren nungsmotors 12 dazu zu nutzen, die zweite elektrische Maschine 60 anzutreiben, um die zweite elektrische Maschine 60 als Generator arbeiten zu lassen, der eine nicht nä her dargestellte Batterie des Antriebsstranges 10' lädt. Es versteht sich, dass in diesem Fall sämtliche Schaltkupplungen des zweiten Teilgetriebes 34 geöffnet sind.
Anhand der Fig. 3 bis 5 werden unterschiedliche Fährbetriebe erläutert, die mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10 der Fig. 1 und 2 einrichtbar sind.
In Fig. 3 ist eine Schalttabelle der Schaltelemente K1 , K2, K3, A-E in einem rein ver brennungsmotorischen Fährbetrieb oder in einem Hybrid-Fahrbetrieb dargestellt, bei dem Antriebsleistung verbrennungsmotorisch und optional elektromotorisch bereitge stellt wird.
Bei sämtlichen in diesem Fährbetrieb einrichtbaren Vorwärtsgangstufen V1 bis V5 ist jeweils durchgehend die erste Kupplung K1 geschlossen und die zweite Kupplung K2 der Doppelkupplungsanordnung 14 ist geöffnet. In der Vorwärtsgangstufe V1 ist die Schaltkupplung A geschlossen und alle anderen Schaltkupplungen B bis E sind geöff net. Auch die dritte Kupplung K3 ist geöffnet. Leistung fließt folglich von dem Verbren nungsmotor über die erste Kupplung K1 und die erste Eingangswelle 24 zu dem ersten Radsatz 36, und von dort über die Schaltkupplung A zu der Ausgangswelle 28.
Es versteht sich dabei, dass ein Anfahren aus dem Stillstand in der Regel rein elektro motorisch erfolgt, bis eine Geschwindigkeit erreicht ist, bei der der Verbrennungsmotor über die Kupplung K1 zugeschaltet werden kann, also bei einer Geschwindigkeit, die einer Drehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 12 entspricht. Ein Anfahren aus dem Stillstand erfolgt folglich beispielsweise über die erste elektrische Maschine 56 und den ersten Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 . Sobald eine Ge schwindigkeit erreicht ist, die jener des Verbrennungsmotors 12 entspricht, kann die Kupplung K1 geschlossen werden. Diese bleibt dann für den gesamten verbrennungs motorischen Fährbetrieb geschlossen.
Beim Wechsel von der Vorwärtsgangstufe V1 in die Vorwärtsgangstufe V2 wird zu nächst vorbereitend die Schaltkupplung B für die Vorwärtsgangstufe 2 geschlossen. Dies kann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Synchronisierung mittels der zwei ten elektrischen Maschine 60 erfolgen.
Anschließend wird die Schaltkupplung A für die Vorwärtsgangstufe 1 geöffnet, wobei die Zugkraft mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 und dem bereits geschalteten Radsatz 48 für die Vorwärtsgangstufe 2 abgestützt wird. Anschließend kann die dritte Kupplung K3 geschlossen werden, wobei die hierzu notwendige Synchronisierung zum einen durch Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors 12 aber auch durch entspre chende Synchronisierungsmaßnahmen der zweiten elektrischen Maschine 16 erfolgt. In der zweiten Vorwärtsgangstufe fließt Leistung folglich von dem Verbrennungsmotor 12 über die erste Kupplung K1 , die erste Eingangswelle 24, die geschlossene dritte Kupp lung K3, die zweite Eingangswelle 26 und den mittels der Schaltkupplung B geschalte ten Radsatz 48 für die zweite Vorwärtsgangstufe zu der Ausgangswelle 28.
Beim Wechsel in die Vorwärtsgangstufe V3 wird die dritte Kupplung K3 wiederum ge öffnet, die Zugkraft wird über die zweite elektrische Maschine 60 abgestützt, und an schließend kann in dem ersten Teilgetriebe 32 die Anschlussgangstufe 3 durch Schlie ßen der Schaltkupplung C geschlossen werden. Die notwendige Synchronisierung kann hierbei mittels der ersten elektrischen Maschine 56 erfolgen.
Anschließend kann die Last mittels der ersten elektrischen Maschine 56 übernommen werden, und die Schaltkupplung B der Vorwärtsgangstufe 2 kann geöffnet werden.
Die weiteren Gangwechsel von den Gangstufen V3 und V4 und von V4 und V5 ergeben sich in entsprechender Weise. Bei den geraden Vorwärtsgangstufen V2 und V4 ist je weils die dritte Schaltkupplung K3 geschlossen. Die zweite Kupplung K2 ist immer ge öffnet, und die erste Kupplung K2 ist immer geschlossen.
In Fig. 4 ist ein rein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Ma schine dargestellt. In einer ersten elektrischen Gangstufe E1 .1 ist nur die Schaltkupp lung A für die Vorwärtsgangstufe 1 geschlossen. In einer zweiten elektrischen Vor wärtsgangstufe E1 .2 ist nur die Schaltkupplung C geschlossen. In einer dritten elektro motorischen Gangstufe E1 .3 ist die Schaltkupplung E geschlossen. In entsprechender Weise zeigt Fig. 5 einen rein elektromotorischen Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine 60. In einer ersten Gangstufe E2.1 ist nur die Schaltkupplung B geschlossen. In einer zweiten elektrischen Gangstufe E2.2 ist nur die Schaltkupplung D geschlossen.
Im rein elektrischen Fährbetrieb gemäß den Fig. 4 und 5 sind rein elektrische Lastschal tungen (d.h. Schaltvorgänge zwischen Vorwärtsgangstufen ohne oder mit verringerter Zugkraftunterbrechung) möglich. Hierbei wird ein elektromotorischer Fährbetrieb aus schließlich beispielsweise zwischen den Gangstufen E1 .1 , E1 .2, E1 .3 oder ausschließ lich zwischen den Gangstufen E2.1 und E2.2 eingerichtet, und es wird geschaltet, wäh renddessen die andere elektrische Maschine jeweils die Zugkraft aufrecht erhält.
Bei einem Gangwechsel beispielsweise von der Vorwärtsgangstufe E1 .1 in die Vor wärtsgangstufe E1 .2 kann in dem zweiten Teilgetriebe die Schaltkupplung B geschlos sen sein und die zweite elektrische Maschine kann folglich die Zugkraft während des Schaltvorganges in dem ersten Teilgetriebe aufrecht erhalten.
In dem rein verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder Hybrid-Fahrbetrieb (also dann, wenn verbrennungsmotorische Leistung und optional elektromotorische Leistung zur Abtriebswelle geführt werden) ist es vorteilhaft, dass die dritte Kupplung dazu verwen det wird, um die zweite Eingangswelle 26 mit der ersten Eingangswelle 24 zu verbinden und folglich verbrennungsmotorische Leistung immer über die erste Eingangswelle 24 in die Getriebeanordnung 16 einzuspeisen. Die dem ersten Teilgetriebe 32 zugeordnete erste elektrische Maschine 56 ist folglich während dieses Fährbetriebs immer mit dem Verbrennungsmotor drehfest verbunden. Hierdurch ist es möglich, Lastpunktverschie bungen am Verbrennungsmotor einzurichten, und die erste elektrische Maschine kann bei der Drehzahlregelung unterstützen, wenn ein Synchronisierungsvorgang erfolgen soll. Mit anderen Worten, da die erste Kupplung K1 immer geschlossen bleibt, kann die erste elektrische Maschine 56 den Verbrennungsmotor 12 beim Synchronisieren unter stützen. Um die hierzu notwendige dritte Kupplung K3 möglichst effizient in die Getriebeanord nung zu integrieren, ist diese in das dritte Schaltkupplungspaket 66 aufgenommen. Da die dritte Kupplung K3 folglich mit einer Schaltkupplung in ein Schaltkupplungspaket integriert ist, die jenem Teilgetriebe zugeordnet ist, dessen zugeordnete Kupplung K1 der Doppelkupplungsanordnung 14 im verbrennungsmotorischen bzw. Hybrid- Fahrbetrieb immer geschlossen ist, kann der Verbrennungsmotor sämtliche Gangstufen des Getriebes nutzen.
Die zweite Kupplung K2 wird hingegen geschlossen, wenn ein sogenannter serieller Betrieb eingerichtet wird. Hierbei wird die erste Kupplung K1 geöffnet. Über das erste Teilgetriebe 32 und die erste elektrische Maschine 56 wird ein rein elektromotorischer Fährbetrieb in einer Gangstufe eingerichtet, beispielsweise in der Vorwärtsgangstufe 1. Der Verbrennungsmotor 12 treibt über die geschlossene zweite Kupplung K2 die zweite elektrische Maschine 60 an und betreibt diese als Generator, so dass die von der ersten elektrischen Maschine 56 in diesem rein elektrischen Fährbetrieb aus einer Fahrzeug batterie entnommene Leistung über die zweite elektrische Maschine 60 wieder gleich zeitig eingespeist werden kann, zumindest teilweise.
Ein derartiger serieller Betrieb ist auch umgekehrt möglich, wenn man rein elektrisch mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 fährt und der Verbrennungsmotor 12 die erste elektrische Maschine 56 antreibt. Im letzteren Fall ist die erste Kupplung K1 ge schlossen und die zweite Kupplung K2 ist geöffnet.
Der serielle Betrieb wird insbesondere in einem sogenannten Kriechmodus verwendet, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner ist als eine minimale Geschwindigkeit, die verbrennungsmotorisch einrichtbar ist.
Jenes Teilgetriebe 32, das der im verbrennungsmotorischen Betrieb immer geschlosse nen Kupplung K1 zugeordnet ist, beinhaltet vorzugsweise auch die höchste Vorwärts gangstufe der Getriebeanordnung 16. Hierdurch kann bei geöffneter dritter Kupplung die zweite elektrische Maschine 60 quasi abgekoppelt werden, um Schleppverluste zu vermeiden. Zudem kann die erste elektrische Maschine 56 angekoppelt bleiben, um das Bordnetz mit elektrischer Energie zu versorgen (Betrieb als Generator), oder um einen Boost-Betrieb einzurichten (Betrieb als Motor).
Beim Schalten von einer Vorwärtsgangstufe des ersten Teilgetriebes 32 in eine Vor wärtsgangstufe des zweiten Teilgetriebes 34 wird zunächst in dem zweiten Teilgetriebe die gewünschte Gangstufe eingelegt, durch Schließen der zugeordneten Schaltkupp lung (D oder B). Dies erfolgt unter Zuhilfenahme einer Synchronisierung mittels der zweiten elektrischen Maschine 60, wobei die zweite elektrische Maschine lastfrei in die se Zielgangstufe in dem zweiten Teilgetriebe 34 wechselt. Anschließend stützt die zwei te elektrische Maschine 60 über die bereits eingelegte Zielgangstufe die Zugkraft wäh rend der Schaltung. Bei der Schaltung öffnet zunächst die Schaltkupplung des ersten Teilgetriebes, die der Start- bzw. Quellgangstufe zugeordnet ist, und anschließend wird die dritte Kupplung K3 geschlossen, wobei bei der Synchronisierung der Verbren nungsmotor 12 und die erste elektrische Maschine 56 Zusammenwirken.
Bei einer Schaltung von dem zweiten Teilgetriebe 34 in eine Gangstufe des ersten Teil getriebes 32 stützt die zweite elektrische Maschine 60 zunächst in der Quellgangstufe bzw. dem Ist-Gang die Zugkraft während der Schaltung. Bei der Schaltung wird zu nächst K3 geöffnet und eines der Schaltelemente A, C, E schließt, wobei bei der not wendigen Synchronisation der Verbrennungsmotor 12 und die erste elektrische Ma schine 56 Zusammenwirken. Nach dem Öffnen der dritten Kupplung K3 und der Lastübernahme auf dem ersten Teilgetriebe 32 kann die Ausgangsgangstufe (Ist- Gangstufe) in dem zweiten Teilgetriebe geöffnet werden.
Es versteht sich, dass im Stillstand mit dem Hybrid-Antriebsstrang auch ein Standladen erfolgen kann. Beispielsweise kann die erste Kupplung K1 geschlossen sein und An triebsleistung des Verbrennungsmotors wird über die erste Eingangswelle 24 in die ers te elektrische Maschine 56 eingespeist. Die zweite Kupplung K2 bleibt geöffnet, und auch die Schaltkupplungen A, C, E des ersten Teilgetriebes 32 bleiben geöffnet, das erste Teilgetriebe 32 bleibt also in neutral. In diesem Zustand kann, wie gesagt, entwe der ein Standladen erfolgen, es kann aber auch ein Starten des Verbrennungsmo tors 12 mittels der ersten elektrischen Maschine 56 erfolgen. Generell ist es auch denkbar, beide Kupplungen K1 und K2 zu schließen oder die Kupplung K1 und die Kupplung K3 zu schließen, um einen Ladevorgang sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine 56 als auch mittels der zweiten elektrischen Maschi ne 60 erfolgen zu lassen. In diesem Fall treibt der Verbrennungsmotor beide elektri schen Maschinen an und beide arbeiten als Generator, um eine Kraftfahrzeugbatterie zu laden.
In Fig. 6 ist eine Doppelkupplungsanordnung 14 gezeigt, die als die Doppelkupplungs anordnung 14 des Hybrid-Antriebsstranges der Fig. 1 verwendbar ist.
Bei der Doppelkupplungsanordnung 14 ist die erste Kupplung K1 als reibschlüssige Kupplung ausgebildet, insbesondere als Lamellenkupplung. Die zweite Kupplung K2 hingegen ist als formschlüssige Kupplung ausgebildet, insbesondere als nichtsynchro- nisierte Klauenkupplung.
Das Eingangsglied EG, das den zwei Kupplungen K1 , K2 gemeinsam ist, ist mit einem Außenlamellenträger 80 der ersten Kupplung K1 drehfest verbunden. Ein Innenlamel lenträger 82 der ersten Kupplung K1 ist drehfest mit der ersten Eingangswelle 24 ver bunden. Zwischen dem Außenlamellenträger 80 und dem Innenlamellenträger 82 ist ein Lamellenpaket 84 gebildet, das mittels eines Kolbens 86 zusammendrückbar ist, um die erste Kupplung K1 zu schließen. Die erste Kupplung K1 ist vorzugsweise als normaler weise offene Kupplung ausgebildet, die mittels einer Rückstellfederkraft im unbelasteten Zustand immer geöffnet ist.
Die Kupplungsanordnung 14 weist ein einzelnes Schiebeglied 88 auf. Das Schiebe glied 88 kann in drei unterschiedliche Axialpositionen verschoben werden, und zwar in eine erste Schließposition X1 zum Schließen der ersten Kupplung K1 , in eine zweite Schließposition X2 zum Schließen der zweiten Kupplung K2 und in eine axial dazwi schen liegende Neutralposition N.
Die zweite Kupplung K2 beinhaltet eine axiale Kupplungsverzahnung 90, die an dem zweiten Ausgangsglied AG2 angeordnet ist. Ferner beinhaltet die zweite Kupplung K2 eine axiale Kupplungsverzahnung 94 an dem Schiebeglied 88. Das Schiebeglied 88 ist drehfest mit dem Eingangsglied EG verbunden, beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Axialverzahnung. Aus der in Fig. 6 dargestellten Neutralposition N lässt sich das Schiebeglied 88 mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung S1 nach rechts bewegen, um auf diese Weise die Verzahnungen 90, 94 in Eingriff zu bringen und die zweite Kupplung K2 formschlüssig zu schließen. Aus der in Fig. 6 dargestellten
Neutralposition lässt sich das Schiebeglied 88 auch in Richtung der zweiten Schließpo sition X1 bewegen, bei der eine Axialkraft von dem Schiebeglied 88 auf den Kolben 86 ausgeübt wird, um das Lamellenpaket84 zusammenzudrücken.
Es versteht sich, dass die erste Schließposition X1 keine feste Position ist, sondern die erste Kupplung K1 aufgrund ihrer reibschlüssigen Funktion über das Schiebeglied 88 mit einer Axialkraft beaufschlagt wird. Der Begriff der ersten Schließposition entspricht daher für die erste Kupplung K1 einer Position, bei der eine hinreichende axiale An druckkraft mittels des Kolbens 86 ausgeübt werden kann, um eine reibschlüssige Ver bindung in der Kupplung K1 einzurichten.
Das Schiebeglied 88 kann eine an sich bekannte Schiebemuffennut 96 aufweisen, in die die erste Betätigungseinrichtung S1 eingreift. Die erste Betätigungseinrichtung S1 kann beispielsweise eine Schaltgabel oder eine Schaltwippe sein, die mit einer axial verschieblichen (nicht dargestellten) Schaltstange axial gekoppelt ist. Eine derartige Schaltstange kann mittels eines geeigneten Aktuators axial versetzt werden, um die Positionen X1 , X2, N einzurichten.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform einer Doppelkupplungsanordnung 14' ge zeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Doppelkupplungsanord nung 14 der Fig. 6 entspricht. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
So ist zum einen zu erkennen, dass bei der Doppelkupplungsanordnung 14' der Fig. 7 der Kolben 86 drehfest mit dem Eingangsglied EG gekoppelt ist, und zwar im Bereich des Außenlamellenträgers 80. Der Kolben 86 wiederum ist drehfest mit dem Schiebe glied 88 verbunden, das bei der Doppelkupplungsanordnung 14' an einem Außenum fang der ersten Eingangswelle 24 axial verschieblich und verdrehbar gelagert ist. Die Kupplungsverzahnung 90 ist an einem axialen Ende eines Wellenstummels ausge bildet, der das zweite Ausgangsglied AG2 bildet. Das zweite Ausgangsglied AG2 ist mit der zweiten Eingangswelle 26 starr verbunden, die als Hohlwelle um die erste Ein gangswelle 24 herum angeordnet ist.
Die Kupplungsverzahnung 90 ist an einem Außenumfang dieses Wellenstummels aus gebildet.
Zum anderen weist das Schiebeglied 88 die Kupplungsverzahnung 94 im Bereich eines Innenumfanges eines Axialvorsprunges auf, derart, dass die Kupplungsverzahnung 94 beim Einrichten der zweiten Schließposition X2 auf die Kupplungsverzahnung 90 ge schoben werden kann.
Das Schiebeglied 88 weist eine erste Schulter 98 auf, die starr mit dem Schiebeglied 88 verbunden ist und die einen Teil der Schiebemuffennut 96 bildet, und zwar jenen axia len Teil, mittels dessen eine in Fig. 7 nicht näher gezeigte Betätigungseinrichtung S1 eine Axialkraft auf das Schiebeglied 88 ausüben kann, um dieses in die zweite Schließ position X2 zu bewegen.
Andererseits weist das Schiebeglied 88 eine zweite Schulter 102 sowie ein Axialla ger 100 auf. Das Axiallager 100 weist ein Lagerglied auf, das einen Teil der Schiebe muffennut 96 bildet, sowie ein weiteres Glied, das an der zweiten Schulter 102 anliegt. Die in die Schiebemuffennut 96 greifende Betätigungseinrichtung S1 kann daher auf das Schiebeglied 88 und folglich auf den Kolben 86 eine Axialkraft über dieses Axialla ger 100 ausüben, um die erste Kupplung K1 zu schließen. Bezuqszeichen
10 Hybrid-Antriebsstrang
12 Verbrennungsmotor
14 Kupplungsanordnung
16 Hybrid-Getriebeanordnung
18 Leistungsverteilungseinrichtung
20 angetriebene Räder
22 Steuereinrichtung
24 erste Eingangswelle
26 zweite Eingangswelle
28 Ausgangswelle
30 Abtriebsradsatz
32 erstes Teilgetriebe
34 zweites Teilgetriebe
36 Radsatz (1 )
38 Radsatz (3)
40 erstes Schaltkupplungspaket
42 Radsatz (5)
48 Radsatz (2)
50 Radsatz (4)
52 zweites Schaltkupplungspaket
56 erste elektrische Maschine
58 erstes Ritzel (erstes Maschinenritzel)
59 erstes Zwischenrad
60 zweite elektrische Maschine
62 zweites Ritzel (zweites Maschinenritzel)
63 zweites Zwischen rad
66 drittes Schaltkupplungspaket
70 erstes Zahnrad (erstes Maschinenzahnrad)
72 zweites Zahnrad (zweites Maschinenzahnrad) A1 - A5 Achsen
A - E Schaltkupplungen für Gangstufen K1 , K2 Kupplungen von Kupplungsanordnung
EG Eingangsglied
AG1 erstes Ausgangsglied
AG2 zweites Ausgangsglied
K3 dritte Kupplung
S1 - S4 Betätigungseinrichtungen
P Parksperrenrad
80 Außenlamellenträger
82 Innenlamellenträger
84 Lamellenpaket
86 Kolben
88 Schiebeglied
90 Kupplungsverzahnung (26)
94 Kupplungsverzahnung (88)
96 Schiebemuffennut für S1
98 1. Schulter
100 Axiallager
102 2. Schulter
104 Gehäuse
X1 Schließposition K1
X2 Schließposition K2
N Neutralposition

Claims

Patentansprüche
1. Kupplungsanordnung (14) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) , die eine erste und eine zweite Kupplung (K1 , K2) aufweist, die ein gemeinsames Eingangs glied (EG) beinhalten, wobei die erste Kupplung (K1 ) ein erstes Ausgangsglied (AG1 ) beinhaltet und wobei die zweite Kupplung (K2) ein zweites Ausgangsglied (AG2) be inhaltet, wobei die erste Kupplung (K1 ) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, wobei die zweite Kupplung als formschlüssige Kupplung (K2) ausgebildet ist, wobei
der ersten und der zweiten Kupplung (K1 , K2) ein einzelnes Schiebeglied (88) zuge ordnet ist, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung (S1 ) in eine erste Schließposition (X1 ) und in eine axial versetzte zweite Schließposition (X2) bewegbar ist, um alternativ die erste oder die zweite Kupplung (K1 , K2) zu schließen.
2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Schiebeglied (88) zwischen den Schließpositionen (X1 , X2) eine axiale Neutralposition (N) hat, in der sowohl die erste als auch die zweite Kupplung (K1 , K2) geöffnet sind.
3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kupplung (K1 ) ei nen Kolben (86) aufweist, mittels dessen eine Reibpaarungsanordnung (84) der ers ten Kupplung (K1 ) andrückbar ist, um einen Reibschluss herzustellen.
4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, wobei der Kolben (86) drehfest mit dem Schiebeglied (88) verbunden ist.
5. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das Schiebeglied (88) ein Axiallager (100) aufweist, über das die Betätigungseinrichtung (S1 ) das Schiebeglied (88) in Richtung der ersten Schließposition (X1 ) bewegen kann, um die erste Kupplung (K1 ) zu schließen.
6. Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, wobei das Schiebeglied (88) eine erste Schulter (98) aufweist, an der das Axiallager (100) angeordnet ist.
7. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei das Schiebeglied (88) eine zweite Schulter (102) aufweist, über die die Betätigungseinrichtung (S1 ) das Schiebeglied (88) in die zweite Schließposition (X2) bewegen kann, um die zwei te Kupplung (K2) zu schließen.
8. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit
einer Kupplungsanordnung (14) nach einem der Ansprüche 1 - 7, einer Getriebeanordnung (16), die ein erstes Teilgetriebe (32) und ein zweites Teilgetriebe (34) aufweist, wobei eine Eingangswelle (24) des ersten Teilge triebes (32) mit dem ersten Ausgangsglied (AG1 ) verbunden ist und wobei eine Ein gangswelle (26) des zweiten Teilgetriebes (34) mit dem zweiten Ausgangsglied (AG2) verbunden ist.
9. Antriebsstrang nach Anspruch 8, mit
einer ersten elektrischen Maschine (56), die mit der ersten Eingangs welle (24) verbunden ist, und/oder
einer zweiten elektrischen Maschine (60), die mit der zweiten Ein gangswelle (26) verbunden ist.
10. Antriebsstrang nach Anspruch 8 oder 9, mit einer dritten Kupplung (K3) zum Ver binden des ersten und des zweiten Teilgetriebes (32, 34),
wobei die dritte Kupplung (K3) und eine Schaltkupplung (E; C) zum Schalten eines Radsatzes (42; 38") eines Teilgetriebes (32) ein Schaltkupplungspaket (66; 66") bil den.
1 1 . Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 - 10, wobei die erste elektrische Ma schine (56) über einen Gangradsatz (38; 42") des ersten Teilgetriebes (32) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist und/oder wobei die zweite elektrische Ma schine (60) über einen Gangradsatz (50) des zweiten Teilgetriebes (34) mit der zwei ten Eingangswelle (26) verbunden ist.
12. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 8 - 11 , wobei das erste T eilgetriebe (32) den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist und drei Radsätze (36, 38, 42) aufweist, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und wobei das zweite Teilgetriebe (34) den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist und zwei oder drei Radsätze (48, 50) aufweist, die unterschiedlichen Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
13. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges nach einem der Ansprüche 8 - 12, mit den Schritten, bei einem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb die Gangstufen des einen Teilgetriebes durch Schließen der zu geordneten Kupplung der Kupplungsanordnung zu nutzen und die Gangstufen des anderen Teilgetriebes durch Schließen derselben Kupplung der Kupplungsanord nung und der dritten Kupplung zu nutzen.
14. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges nach einem der Ansprüche 8 - 12, mit den Schritten, in einem seriellen Fährbetrieb die erste Kupplung (K1 ) zu öff nen, die zweite Kupplung (K2) zu schließen, um die zweite elektrische Maschine durch verbrennungsmotorische Leistung anzutreiben und als Generator zu betreiben, und Antriebsleistung zum Einrichten eines Fährbetriebes durch die erste elektrische Maschine (56) bereit zu stellen.
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