WO2020212386A1 - Hybrid-getriebeeinrichtung, motor-getriebeanordnung, hybrid-antriebsstrang sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Hybrid-getriebeeinrichtung, motor-getriebeanordnung, hybrid-antriebsstrang sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020212386A1
WO2020212386A1 PCT/EP2020/060530 EP2020060530W WO2020212386A1 WO 2020212386 A1 WO2020212386 A1 WO 2020212386A1 EP 2020060530 W EP2020060530 W EP 2020060530W WO 2020212386 A1 WO2020212386 A1 WO 2020212386A1
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WO
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transmission device
gear
hybrid
hybrid transmission
combustion engine
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Application number
PCT/EP2020/060530
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French (fr)
Inventor
Johannes Kaltenbach
Martin Brehmer
Max Bachmann
Peter Ziemer
Stefan Beck
Michael Wechs
Matthias Horn
Fabian Kutter
Oliver Bayer
Thomas KROH
Thomas Martin
Reinhard Vollmar
Juri Pawlakowitsch
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • Hybrid transmission device motor-transmission arrangement
  • the invention relates to a hybrid transmission device with at least one transmission input shaft, at least one drive device and at least one connec tion coupling for the rotationally fixed connection of two shafts.
  • a hybrid transmission device is understood to mean a transmission device to which an internal combustion engine and at least one further drive device can be coupled. It is known to hybridize any automatized transmission, such as automatic transmissions and double clutch transmission. From DE10 2011 005 451 A1 a transmission is known which has two electric motors and manages with 5 forward gears and one reverse gear.
  • a hybrid transmission device of the type mentioned at the beginning have at most two, in particular exactly two, gear stages.
  • the transmission of the hybrid transmission device is advantageously designed as a gear change transmission. It then has at least two discrete gear steps.
  • the gear change transmission advantageously has gears and shift elements.
  • the gears are preferably designed as spur gears.
  • the transmission of the hybrid transmission device is preferably designed as a stationary transmission.
  • the axes of all gears in the gearbox are stationary relative to the gearbox housing.
  • the gear change transmission is formed out as a transmission in countershaft design.
  • the gear change gear is preferably designed as a spur gear.
  • the gears are then designed as spur gears.
  • the hybrid transmission device can preferably have at least one, in particular precisely one, countershaft.
  • at least one, in particular precisely one, countershaft When using a single countershaft, it is the case that there is only one connection point to the differential. As a result, installation space can be saved, which is the case both in the radial and in the axial direction.
  • the transmission has exactly two shafts, namely a transmission input shaft and a countershaft, which is then also the output shaft.
  • a gear stage is a translation between two shafts that is implemented mechanically with toothed wheels.
  • the overall ratio between the internal combustion engine or drive device and wheel has further ratios, with the ratios before a gear stage, the so-called
  • Pretranslations can depend on the drive used. The subsequent translations are usually the same.
  • the speed and torque of a drive device is set several times, namely by at least one gear pair between the output shaft of the drive device and a transmission input shaft. This is a pre-translation. Then follows a gear pair of a gear stage with a gear ratio dependent on the gear stage. Finally, a gear pair follows between the countershaft and the differential as a post-translation. A gear then has an overall gear ratio that depends on the drive and the gear stage. If torque is transmitted from the internal combustion engine via a gear stage Ga, this is referred to as internal combustion engine gear V1. If the drive device and the internal combustion engine transmit torque simultaneously via gear stage Ga, this is referred to as hybrid gear H1 1. If only the drive device transmits torque via a gear stage Gb, it is referred to as an electric gear E1.
  • the transmission of the hybrid transmission device has a maximum of two gear steps or gear ratios.
  • the gears of a gear stage can be arranged in a gear plane if the gear stage has two gear wheels, in particular a fixed gear and an idler gear.
  • the transmission of the hybrid transmission device preferably has one gear plane more than gear steps. With two gears, that's three wheel levels.
  • the gear plane for connecting the output, e.g. a differential, is also counted.
  • a gear step is preferably assigned exclusively to an electric gear E1. Furthermore, the second gear stage can be assigned exclusively to an internal combustion engine gear V1 and a hybrid gear H 11, but not an electric gear.
  • the hybrid transmission device or the transmission can advantageously be designed free from a reversing gear for reversing direction. Accordingly, the reverse gear is not generated via the internal combustion engine, but via the or at least one of the drive devices.
  • the gear ratio of the gear step assigned to the internal combustion engine gear is advantageously smaller than the gear step assigned to the electric gear.
  • a gear of the internal combustion engine gear stage and a gear wheel of the electrical gear stage can be arranged on the transmission input shaft from the side of the internal combustion engine.
  • the drive device can be connected to a combustion engine cal and / or hybrid gear. Then a precondition for the electric gear step is provided.
  • the drive device can be connected by means of a connecting gear. This gear also provides a pre-translation.
  • the drive device can then be connected with a chain. In both cases, the Zahnrä are preferably mounted on the transmission input shaft.
  • the hybrid transmission device can preferably have precisely one drive device.
  • a drive device also includes an arrangement of one or more drive devices which act on a specific point of the hybrid transmission device. I.e. that, for example, when the drive device is designed as an electric motor, several small electric motors are also seen as one electric motor when they add up their torque at a single starting point.
  • the drive device is preferably also designed as a generator. It is then designed both as a motor and as a generator.
  • connection or operative connection denotes any connection in terms of force flow, including across other components of the transmission.
  • a connection denotes the first connection point for the transmission of drive torque between the drive machine and the transmission.
  • a connection to a gear stage that is to say one of its gear wheels, can take place via a gear wheel. If necessary, an additional intermediate gear is required to bridge the center distance between the output shaft of the drive device and the transmission input shaft.
  • a further gear plane which would only be available for connecting the drive device, can be avoided.
  • at least one of the gear wheels which are arranged on the axis of the transmission input shafts, be designed as a fixed gear. Both gear wheels can preferably be designed as fixed wheels.
  • the drive device can therefore preferably be arranged in a so-called P3 arrangement, that is to say on the gear set.
  • the drive device can preferably be used for electrical or fluid forward starting. Furthermore, the start-up can always be taken over by the drive device.
  • the drive device can preferably be used as the only drive source to start up.
  • the drive device can also be used for electric or fluid reversing. It can preferably also be provided here that the drive device is the only drive source when reversing. Then there are neither internal combustion engine nor hybrid reverse gears.
  • the drive device can preferably be arranged axially parallel to the transmission input shaft. It is then preferably also axially parallel to the countershaft.
  • an axially parallel arrangement is not only understood to mean completely parallel arrangements, there can also be an inclination or an angle between the longitudinal axis of the transmission input shafts and the longitudinal axis of the electric motor.
  • an angle between the longitudinal axis of an electric motor and the longitudinal axis of the transmission input shafts is less than or equal to 10 °, more preferably less than 5 ° and in particular 0 °. Slight inclinations of the drive devices compared to the gearbox can result for reasons of installation space.
  • the drive device can be arranged coaxially to the transmission input shaft. It is then advantageously connected to the transmission input shaft. In the axial direction, it is then preferably between the connecting coupling and the first gear on the second transmission input shaft, that is to say axially on the outside. In particular, it can lie in the axial direction at the same height as the wheel plane of the differential.
  • the axis of the drive device - with an axially parallel arrangement of the drive device - lie in the installed position above the axis of the gear input shaft. In the following, the installation position is always referenced; the hybrid transmission device can also be upside down during assembly. Such positions are irrelevant for the following description.
  • the axially parallel arrangement also enables the drive device to be located below the axis of the transmission input shaft, provision is advantageously made for the drive device and thus its axis to be positioned above the transmission input shaft. With this arrangement, the packing density can be maximized.
  • the axis of the drive device can preferably lie above the axes of one or more countershafts and / or one or more drive shafts.
  • the drive device is therefore above the mentioned components of the spur gear assembly.
  • the axis of the drive device has the topmost axis of the hybrid transmission device in the installed position.
  • the drive device can preferably be arranged in the axial direction at the same height as the gear change transmission.
  • the overlap in the axial direction can preferably be more than 75%, advantageously it is 100%.
  • the overlap is determined using the housing of the drive device.
  • the output shaft of the drive device is not taken into account.
  • the second drive device can advantageously be connected non-rotatably to the transmission input shaft, in particular connected to the transmission input shaft.
  • the transmission input shaft can advantageously be connected or connected directly to an internal combustion engine. Directly connected refers to a coupling-free connection; a damping device can be present, for example, between the crankshaft and the first transmission input shaft.
  • the damping device can have a torsion damper and / or a damper and / or a slip clutch.
  • the torsion damper can be designed as a two-mass flywheel.
  • the damper can be designed as a speed-adaptive damper.
  • the drive device can preferably be designed as an electric motor. Electric motors are widely used in hybrid transmission devices.
  • the drive device can be designed as a fluid power machine.
  • the drive device can be designed as a fluid power machine.
  • prime movers whose use in hybrid transmission devices is conceivable. These can also be operated as a motor, i.e. with energy consumption, or as a generator, i.e. energy-converting.
  • the energy store is, for example, a pressure store. The energy conversion then consists in converting the energy from the internal combustion engine into a pressure build-up.
  • the drive device can preferably be used as an electric motor in order to charge a battery in generator mode, by means of which the electric axle is supplied with energy. Furthermore, the electric axle can be supplied directly via the combustion engine-generator combination.
  • the motor vehicle can be driven continuously in large speed ranges, for example exclusively electrically.
  • connection coupling is used to couple the internal combustion engine to the transmission. It is therefore a so-called disconnect clutch. This means that the drive device can also be used to drive purely electrically.
  • the connecting coupling can preferably be arranged on the end of the transmission input shaft facing the internal combustion engine.
  • a switching device is understood to mean an arrangement with one or two switching elements.
  • the switching device is then formed on one side or on both sides.
  • a shift element can be a clutch or a clutch.
  • a coupling is used for the non-rotatable connection of two shafts and a clutch of the non-rotatable connection of a shaft with a hub rotatably mounted on it, for example a loose wheel.
  • the connecting coupling can be designed like a switching coupling and is called a coupling solely because it connects two shafts to one another.
  • At least some of the clutches and / or shift clutches can preferably be designed as claw clutches.
  • all clutches and shift clutches can be designed as claw clutches.
  • the first transmission input shaft is preferably designed to be clutch-free and / or free of idler gear. Only fixed gears can be arranged on the first gear input shaft as gears. In particular, exactly two fixed gears can be arranged on the first transmission input shaft.
  • only idler gears can be arranged as gears on the first transmission input shaft.
  • exactly two idler gears can be arranged on the first transmission input shaft.
  • at least one switching device can be arranged on the first transmission input shaft.
  • at least two, in particular exactly two, switching devices can be arranged on the first transmission input shaft.
  • a one-sided and a two-sided switching device can be provided.
  • a fixed gear and a loose gear can be assigned to each gear stage, namely a single fixed gear and a single loose gear. Furthermore, each of the fixed gear and idler gear can always be clearly assigned to a single gear step.
  • a differential can preferably be arranged in the axial direction at the level of a clutch for connecting a crankshaft and the transmission input shaft.
  • a gear for connecting the differential can be arranged axially outside on a countershaft.
  • the connection can preferably be made on the side of the internal combustion engine.
  • the hybrid transmission device can preferably have at least one, in particular precisely one, countershaft. When using a single countershaft, it is the case that there is only one connection point to the differential. As a result, installation space can be saved, which is the case both in the radial and in the axial direction.
  • At least one switching device can preferably be arranged on the countershaft.
  • exactly one switching device can be arranged on the countershaft.
  • exactly two idler gears are preferably arranged on the countershaft lay shaft.
  • the countershaft can be configured without a fixed gear.
  • only fixed gears can be arranged on the countershaft, in particular two fixed gear gears and / or one fixed gear for establishing a connec tion with the differential.
  • all switching elements of the switching devices on the pre-gel shaft can be designed as clutches.
  • a fixed gear for establishing a connection with the differential can be located on the countershaft.
  • the hybrid transmission device can have a control device. This is designed to control the transmission as described.
  • the invention relates to a hybrid drive train with a hybrid transmission device and at least one electric axle, in particular a rear axle.
  • the hybrid drive train is characterized in that the hybrid transmission device is designed as described.
  • This structure is preferably arranged with a single drive device in the hybrid transmission device.
  • Ei ne electrical axis is an axis with one of these associated electric motor.
  • the output of drive torque by the electric motor of the electric axle takes place in the power flow independently of the hybrid transmission device.
  • Prefers the electric axis is an assembly unit.
  • the assembly unit can also have its own gear for stepping up the drive torque of the electric motor of the electric axle. This is preferably designed as a gear change transmission.
  • the hybrid transmission device is preferably assigned to a different axis than the electrical one.
  • the invention also relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and a hybrid transmission device or a hybrid drive train.
  • the motor vehicle is characterized in that the hybrid transmission device or the hybrid drive train is designed as described.
  • the hybrid transmission device is advantageously arranged as a front-transverse transmission device in the motor vehicle.
  • the motor vehicle preferably has a control device for controlling the hybrid transmission device.
  • the control device can therefore be part of the hybrid transmission device, but does not have to be.
  • a battery is preferably arranged in the motor vehicle which enables the motor vehicle to be operated electrically for at least 15 minutes.
  • the internal combustion engine can use one of the electric motors as a generator to generate electricity that goes directly to the other electric motor.
  • the motor vehicle can have a pressure accumulator. This can be used to operate a fluid power machine.
  • Figure 2 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a first Ausgestal device
  • Figure 3 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a second embodiment
  • FIG. 4 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a third embodiment
  • Figure 5 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a fourth Ausgestal device
  • FIG. 6 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a fifth embodiment
  • FIG. 7 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a sixth embodiment
  • FIG. 8 shows an internal combustion engine transmission arrangement in a seventh embodiment
  • FIG. 9 shows an internal combustion engine transmission arrangement in an eighth embodiment.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 3.
  • the hybrid transmission device 3 also includes an electric motor EM2, so that it can be installed as an assembly unit. However, this is not mandatory; in principle, the wheel set can also form an assembly unit without an electric motor EM2 already connected.
  • a control device is device 4 available. This can be part of the hybrid transmission device 3 or of the motor vehicle 1.
  • the hybrid drive train 5 can also have at least one electric axle 6.
  • the electric axle 6 is preferably the rear axle when the hybrid transmission device 3 is arranged as a front transverse transmission and drives the front axle 7 and vice versa.
  • the internal combustion engine 2 and the hybrid transmission device 3 form an internal combustion engine transmission arrangement 8.
  • the hybrid transmission device is used to connect at least two drive devices different forms of energy conversion or consumption.
  • FIG. 2 shows the internal combustion engine transmission arrangement 8 with the internal combustion engine 2 and the hybrid transmission device 3 and in particular its transmission 9 in the form of a gear set diagram in a first embodiment.
  • the crankshaft 10 is connected to the transmission input shaft 14 via a damping device 12.
  • the damping device 12 can comprise a torsion damper and / or absorber and / or a slip clutch.
  • a connection clutch K3 is provided as a switching device S1. This is arranged on the side of the internal combustion engine 2.
  • Fixed gear 16 is the fixed gear of gear stage Ga and fixed gear 18 is the fixed gear of gear stage Gb.
  • the transmission input shaft 14 has two ends, namely a combustion engine 2 facing end 20 and an end 22 on the side facing away from the engine.
  • the clutch K3 connects the internal combustion engine 2 to the hybrid transmission device 3.
  • the connecting clutch K3 can be completely or partially preassembled on the hybrid transmission device 3 prior to assembly with the internal combustion engine 2.
  • the hybrid transmission device 3 has a single countershaft 24 for connection to a differential 32 and for forming the transmission or gear steps.
  • a single switching device S2 with Heidelbergkupp lungs A and B for connecting the idler gears 26 and 28 to the countershaft 24 is arranged on the countershaft 24.
  • the countershaft 24 is designed without a fixed gear, d. H. there is no fixed gear of a gear on it. Only one fixed gear 30 for connecting the differential 32 is provided as a fixed gear on the countershaft 24.
  • the assignment of the fixed gears and idler gears to the gear stages results from the gear stage names Ga and Gb below the gears arranged on the countershaft 24.
  • the gear stage Ga with the gears 16 and 26 is always used in connection with the internal combustion engine 2, either for an internal combustion engine gear V1 or for a hybrid gear H11.
  • the gear stage Gb with the gears 18 and 28, on the other hand, is purely electric, ie by the electric motor EM, driven ben and used.
  • the electric motor EM is connected to the gear stage Ga of the internal combustion engine 2 in order to use this for a pretranslation in a purely electrical mode of operation. While the gear stage Ga translates into high speed, i.e. has a translation smaller than 1, a total translation of approx. 15 is required for the electric motor EM. Gear stage Gb contributes a factor of approx. 2.5.
  • the fixed gear 16 of gear stage Ga is used for connection and pre-translation, with a translation of approximately 2 being achieved between the electric motor EM and the transmission input shaft 14. As a result, an optimal translation can be obtained with minimized effort for each drive device.
  • Each gear step Ga and Gb is assigned a fixed gear and an idler gear, namely a single fixed gear and a single idler gear.
  • Each fixed gear and idler gear is always clearly assigned to a single gear step, ie there are no winding turns un ter using a gear with several gear steps.
  • a course also includes pre-translations and post-translations.
  • the translation achieved via the gears 16 and 34 is also retained as a pre-translation. It can be arranged between the gears 16 and 34 to achieve the desired translation and / or to bridge the distance.
  • the electric motor EM is connected as shown, namely to the gear 16. This makes it possible to connect the electric motor EM to the transmission input shaft for 14 without an additional gear, which saves installation space.
  • an axially extremely short hybrid transmission device 3 can be created by connecting the electric motor EM with an overlap of the electric motor 2 and transmission 9 in the axial direction.
  • the electric motor EM or its longitudinal axis is arranged parallel to the transmission input shaft 14.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 34.
  • This also includes an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 36.
  • an intermediate shaft 38 is provided, which is mounted on the transmission input shaft 14.
  • the connecting clutch K3 then connects the transmission input shaft 14 and the intermediate shaft 38.
  • FIG. 4 shows a third embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 40.
  • This likewise comprises an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 42.
  • the hybrid transmission device 42 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that the sections behind the axle 44 were mirrored in the axial direction.
  • the gear stage Ga is accordingly at the end 22 of the transmission input shaft 14 facing away from the engine, the gear stage Gb with the gears 18 and 28, however, is now closer to the internal combustion engine 2.
  • the electric motor EM was also mirrored in position and location.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 46.
  • This likewise comprises an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 48.
  • the hybrid transmission device 48 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that for connecting the electric motor EM a own gear 50 on the transmission input shaft 14 is arranged.
  • the gear 50 is preferably designed as a fixed gear. By using its own gear 50 instead of the fixed gear 16, the electric motor EM can be connected by means of a chain. The dimensioning can take place as with the gear wheel 16, but it can also be different.
  • the gear is arranged at the end 20 of the transmission input shaft 14 on the motor side.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 52.
  • This likewise comprises an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 54.
  • the hybrid transmission device 54 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that, for connecting the electric motor EM own gear 50 on the transmission input shaft 14 is arranged.
  • an alternative connection point for the gear 50 selected This is now net angeord at the end 22 facing away from the motor, the output of the electric motor EM has therefore been reversed in the axial direction.
  • FIG. 7 shows a sixth embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 56.
  • This likewise comprises an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 58.
  • the hybrid transmission device 58 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that the switching device S2 is connected to the transmission input shaft 14 was relocated. Accordingly, the idler gears 26 and 28 of the gears Ga and Gb are arranged on the gearbox input shaft 14 and the fixed gears 16 and 18 on the countershaft 24. Furthermore, the electric motor EM is connected to a separate gear 50, which is not a gear wheel.
  • FIG. 8 shows a seventh embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 60.
  • This also includes an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 62.
  • the hybrid transmission device 62 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that the electric motor EM is coaxial with the Transmission input shaft 14 is arranged and connected directly to this. In the embodiment according to FIG. 7, it is connected to the end 22 facing away from the engine.
  • FIG. 9 shows an eighth embodiment of an internal combustion engine transmission arrangement 64.
  • This also includes an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 66.
  • the hybrid transmission device 64 differs from the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2 in that the electric motor EM is coaxial with the transmission input shaft 14 is arranged and connected directly to this. In contrast to the embodiment according to FIG. 8, it is connected to the end 20 of the transmission input shaft 14 facing the engine.
  • the hybrid transmission devices 3, 36, 42, 48, 54, 58, 62 and 66 have in common:
  • the hybrid transmission devices 3, 36, 42, 48, 54, 58, 62 and 66 finally have two gear stages, namely an electromotive gear stage Gb and a gear stage Ga, which is always operated with an internal combustion engine, be it internal combustion engine or hybrid.
  • the translation of gear stage Ga is less than 1 and the translation of gear stage Gb is greater than 1.
  • the combustion engine 2 can be coupled via a connecting coupling.
  • the gears Ga and Gb can be engaged by means of a single switching device S2.
  • the electric motor EM is connected to the transmission input shaft.
  • each idler wheel can of course also be assigned its own one-sided switching device with a single switching clutch.
  • Combustion engine transmission arrangement gear change transmission

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 56, 60, 64) für eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle (12), wenigstens einer Antriebseinrichtung (EM) und wenigstens einer Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung zweier Wellen (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 56, 60, 64) höchstens zwei, insbesondere genau zwei, Gangstufen aufweist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Hybrid-Getriebeeinrichtung, Motor-Getriebeanordnunq,
Hvbrid-Antriebsstranq sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Getriebe eingangswelle, wenigstens einer Antriebseinrichtung und wenigstens einer Verbin dungskupplung zur drehfesten Verbindung zweier Wellen.
Es ist bekannt, Hybrid-Getriebeeinrichtungen zur Senkung des C02-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Unter einer Hybrid-Getriebeeinrichtung wird dabei eine Getriebeeinrichtung verstanden, an die ein Verbrennungsmotor und wenigstens eine weitere Antriebseinrichtung ankoppelbar sind. Es ist bekannt, jegliche automati sierten Getriebe zu hybridisieren, beispielsweise Automatgetriebe und Doppelkupp lungsgetriebe. Aus der DE10 2011 005 451 A1 ist ein Getriebe bekannt, das zwei Elektromotoren aufweist und mit 5 Vorwärtsgängen sowie einem Rückwärtsgang auskommt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hybrid- Getriebeeinrichtung anzugeben, das für Front-Quer-Anwendungen maximal kom paktbauend ausgestaltet ist.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass eine Hybrid- Getriebeeinrichtung der eingangs genannten Art höchstens zwei, insbesondere ge nau zwei, Gangstufen aufweist.
Das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung ist vorteilhafterweise als Gangwechsel getriebe ausgebildet. Es hat dann wenigstens zwei diskrete Gangstufen.
Vorteilhafterweise weist das Gangwechselgetriebe Zahnräder und Schaltelemente auf. Die Zahnräder sind bevorzugt als Stirnräder ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung als Standgetriebe ausgebildet. Bei Standgetrieben sind die Achsen aller Zahnräder im Getriebe relativ zum Getriebegehäuse ortsfest. Bevorzugt ist das Gangwechselgetriebe als Getriebe in Vorgelegebauweise ausge bildet. Vorzugsweise ist das Gangwechselgetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Die Zahnräder sind dann als Stirnräder ausgebildet.
Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens eine, insbesondere ge nau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelege welle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differenzial vorhan den ist. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, was sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Fall ist.
Somit weist das Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform genau zwei Wellen auf, nämlich eine Getriebeeingangswelle und eine Vorgelegewelle, die dann auch die Abtriebswelle ist.
Bei einer Allradvariante des Getriebes kommt immer eine Welle hinzu, die als Ne benabtrieb die zweite Kraftfahrzeugachse antreibt.
Eine Gang stufe ist wie eingangs bereits beschrieben eine mechanisch mit Zahnrä dern realisierte Übersetzung zwischen zwei Wellen. Die Gesamtübersetzung zwi schen Verbrennungsmotor oder Antriebseinrichtung und Rad weist weitere Überset zungen auf, wobei die Übersetzungen vor einer Gangstufe, die sogenannten
Vorübersetzungen, vom verwendeten Antrieb abhängen können. Die Nachüberset zungen sind üblicherweise gleich. In einer weiter unten gezeigten Ausführungsform wird die Drehzahl und das Drehmoment einer Antriebseinrichtung mehrmals über setzt, nämlich durch wenigstens ein Zahnradpaar zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und einer Getriebeeingangswelle. Dies ist eine Vorübersetzung. Dann folgt ein Zahnradpaar einer Gangstufe mit einer von der Gangstufe abhängigen Übersetzung. Schließlich folgt ein Zahnradpaar zwischen Vorgelegewelle und Diffe renzial als Nachübersetzung. Ein Gang weist dann eine Gesamtübersetzung auf, die vom Antrieb und der Gang stufe abhängt. Wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor über eine Gangstufe Ga übertragen, so wird dies als verbrennungsmotorischer Gang V1 bezeichnet. Übertragen die An triebseinrichtung und der Verbrennungsmotor gleichzeitig über die Gangstufe Ga Drehmoment, wird dies als hybridischer Gang H1 1 bezeichnet. Überträgt nur die An triebseinrichtung Drehmoment über eine Gang stufe Gb, wird von einem elektrischen Gang E1 gesprochen.
Das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung weist höchstens zwei Gangstufen oder Übersetzungsstufen auf. Die Zahnräder einer Gangstufe können in einer Radebene angeordnet sein, wenn die Gang stufe zwei Gangräder, insbesondere ein Festrad und ein Losrad, aufweist.
Bevorzugt weist das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Radebene mehr als Gangstufen auf. Bei zwei Gangstufen sind das drei Radebenen. Dabei wird die Radebene zur Anbindung des Abtriebs, bspw. eines Differenzials, mitgezählt.
Bevorzugt ist eine Gangstufe ausschließlich einem elektrischen Gang E1 zugeordnet. Weiterhin kann die zweite Gang stufe ausschließlich einem verbrennungsmotorischen Gang V1 und einem hybridischen Gang H 1 1 , aber nicht einem elektrischen Gang, zugeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung bzw. das Getriebe frei von einem Umkehr-Zahnrad zur Richtungsumkehr ausgebildet sein. Dementsprechend wird der Rückwärtsgang nicht über den Verbrennungsmotor erzeugt, sondern über die oder wenigstens eine der Antriebseinrichtungen.
Vorteilhafterweise ist die Übersetzung der dem verbrennungsmotorischen Gang zu geordneten Gangstufe kleiner als die dem elektrischen Gang zugeordneten Gangstu fe.
Vorzugsweise können auf der Getriebeeingangswelle von der Seite des Verbren nungsmotors her ein Zahnrad der verbrennungsmotorischen Gangstufe und ein Zahnrad der elektrischen Gangstufe angeordnet sein. In einer ersten Alternative kann die Antriebseinrichtung an eine verbrennungsmotori sche und/oder hybridische Gangstufe angebunden sein. Dann wird für eine Vorüber setzung zur elektrischen Gangstufe gesorgt. In einer zweiten Alternative kann die Antriebseinrichtung mittels eines Anbindungszahnrades angebunden sein. Dieses Zahnrad sorgt ebenfalls für eine Vorübersetzung. Insbesondere kann die Antriebsein richtung dann mit einer Kette angebunden werden. In beiden Fällen sind die Zahnrä der bevorzugt auf der Getriebeeingangswelle gelagert.
Vorzugsweise kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung genau eine Antriebseinrichtung aufweisen. Als eine Antriebseinrichtung zählt dabei auch eine Anordnung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen, die an einer bestimmten Stelle der Hybrid- Getriebeeinrichtung angreifen. D.h. dass bspw. bei Ausbildung der Antriebseinrich tung als Elektromotor auch mehrere kleine Elektromotoren als ein Elektromotor an gesehen werden, wenn sie ihr Drehmoment an einem einzigen Ausgangspunkt summieren.
Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung auch als Generator ausgebildet. Sie ist dann sowohl als Motor als auch als Generator ausgebildet.
An dieser Stelle sei festgestellt, dass in der vorliegenden Erfindung eine Verbindung oder Wirkverbindung jegliche kraftflussmäßige Verbindung auch über andere Bautei le des Getriebes hinweg bezeichnet. Eine Anbindung bezeichnet dagegen den ersten Verbindungspunkt zur Antriebsmomentübertragung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe.
Eine Anbindung an eine Gangstufe, also eines ihrer Gangzahnräder, kann dabei über ein Zahnrad erfolgen. Gegebenenfalls ist ein zusätzliches Zwischenrad erforder lich, um den Achsabstand zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und der Getriebeeingangswelle zu überbrücken. Durch die Anbindung der Antriebsein richtung an ein Gangzahnrad kann eine weitere Radebene, die nur zur Anbindung der Antriebseinrichtung vorhanden wäre, vermieden werden. Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der Gangräder, die auf der Achse der Ge triebeeingangswellen angeordnet sind, als Festrad ausgebildet sein. Bevorzugt kön nen beide Gangräder als Festräder ausgebildet sein. Die Antriebseinrichtung kann also bevorzugt in einer sogenannten P3-Anordnung, also am Getrieberadsatz, ange ordnet sein.
Vorzugsweise kann die Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Vorwärts- Anfahren verwendet werden. Weiterhin kann das Anfahren immer von der Antriebs einrichtung übernommen. Die Antriebseinrichtung kann bevorzugt als einzige An triebsquelle zum Anfahren verwendet werden. Ebenso kann die Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Rückwärtsfahren verwendet werden. Bevorzugt kann auch hier vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung die einzige Antriebsquelle beim Rückwärtsfahren ist. Dann gibt es weder verbrennungsmotorische noch hybri dische Rückwärtsgänge.
Vorzugsweise kann die Antriebseinrichtung achsparallel zur Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Sie ist dann vorzugsweise auch achsparallel zur Vorgelegewelle. Unter einer achsparallelen Anordnung werden in der vorliegenden Erfindung nicht nur vollständig parallele Anordnungen verstanden, es kann auch eine Neigung bzw. ein Winkel zwischen der Längsachse der Getriebeeingangswellen und der Längs achse des Elektromotors vorliegen. Vorzugsweise ist ein Winkel zwischen der Längsachse eines Elektromotors und der Längsachse der Getriebeeingangswellen kleiner gleich 10°, weiter vorzugsweise kleiner als 5° und insbesondere 0° vorgese hen. Leichte Schrägstellungen der Antriebseinrichtungen im Vergleich zum Getriebe können sich aus Bauraumgründen ergeben.
Alternativ kann die Antriebseinrichtung koaxial zur Getriebeeingangswelle angeord net sein. Sie ist dann vorteilhafterweise an die Getriebeeingangswelle angebunden. In axialer Richtung liegt sie dann bevorzugt zwischen der Verbindungskupplung und dem ersten Zahnrad auf der zweiten Getriebeeingangswelle, also axial außen. Ins besondere kann sie in axialer Richtung auf gleicher Höhe wie die Radebene des Dif ferenzials liegen. Vorzugsweise kann die Achse der Antriebseinrichtung - bei achsparalleler Anord nung der Antriebseinrichtung - in Einbauposition oberhalb der Achse der Getriebe eingangswelle liegen. Im Folgenden wird immer auf die Einbauposition referenziert, während der Montage kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung auch auf dem Kopf ste hen. Derartige Positionen sind aber für die folgende Beschreibung irrelevant. Wäh rend die achsparallele Anordnung es auch ermöglicht, dass sich die Antriebseinrich tung unterhalb der Achse der Getriebeeingangswelle befindet ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung und damit ihre Achse oberhalb der Getrie beeingangswelle positioniert ist. Bei dieser Anordnung kann die Packungsdichte ma ximiert werden.
Vorzugsweise kann die Achse der Antriebseinrichtung in Einbauposition oberhalb der Achsen einer oder mehrerer Vorgelegewellen und/oder einer oder mehrerer Ab triebswellen liegen. Die Antriebseinrichtung liegt also oberhalb der genannten Kom ponenten der Stirnradgetriebeanordnung. Alternativ kann man dementsprechend sa gen, dass die Achse der Antriebseinrichtung in Einbauposition die oberste Achse der Hybrid-Getriebeeinrichtung aufweist.
Die Antriebseinrichtung kann in axialer Richtung bevorzugt auf gleicher Höhe wie das Gangwechselgetriebe angeordnet sein. Bevorzugt kann der Überlapp in axialer Rich tung mehr als 75% betragen, vorteilhafterweise ist er 100%. Hier ermittelt sich der Überlapp anhand des Gehäuses der Antriebseinrichtung. Die Ausgangswelle der An triebseinrichtung ist nicht berücksichtigt.
Vorteilhafterweise kann die zweite Antriebseinrichtung drehfest mit der Getriebeein gangswelle verbunden, insbesondere an die Getriebeeingangswelle angebunden, sein.
Vorteilhafterweise kann die Getriebeeingangswelle mit einem Verbrennungsmotor direkt verbindbar oder verbunden sein. Direkt verbunden bezeichnet eine kupplungs freie Verbindung, eine Dämpfeinrichtung kann bspw. zwischen Kurbelwelle und ers ter Getriebeeingangswelle vorhanden sein. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann die Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet sein. Elekt romotoren sind verbreitet in Hybrid-Getriebeeinrichtungen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung als Fluidkraftmaschine ausge bildet sein. Es gibt neben Elektromotoren andere Kraftmaschinen, deren Einsatz in Hybrid-Getriebeeinrichtungen denkbar ist. Diese können ebenfalls motorisch, also unter Energieverbrauch, oder generatorisch, also energieumwandelnd, betrieben werden. Im Fall einer Fluidkraftmaschine ist der Energiespeicher bspw. ein Druck speicher. Die Energieumwandlung besteht dann im Wandeln der Energie aus dem Verbrennungsmotor in einen Druckaufbau.
Bevorzugt kann die Antriebseinrichtung als Elektromotor verwendet werden, um im generatorischen Betrieb eine Batterie aufzuladen, mittels derer die elektrische Achse mit Energie versorgt wird. Weiterhin kann die elektrische Achse direkt über die Ver- brennungsmotor-Generator-Kombination versorgt werden.
Dadurch kann das Kraftfahrzeug durchgehend in großen Geschwindigkeitsbereichen bspw. ausschließlich elektrisch gefahren werden.
Die Verbindungskupplung dient zur Kopplung des Verbrennungsmotors an das Ge triebe. Sie ist damit eine sogenannte Trennkupplung. Somit kann über die Antriebs einrichtung auch rein elektrisch gefahren werden.
Vorzugsweise kann die Verbindungskupplung am zum Verbrennungsmotor weisen den Ende der Getriebeeingangswelle angeordnet sein.
In der vorliegenden Erfindung wird unter einer Schalteinrichtung eine Anordnung mit einem oder zwei Schaltelementen verstanden. Die Schalteinrichtung ist dann einsei tig oder zweiseitig ausgebildet. Ein Schaltelement kann eine Kupplung oder eine Schaltkupplung sein. Eine Kupplung dient der drehfesten Verbindung zweier Wellen und eine Schaltkupplung der drehfesten Verbindung einer Welle mit einer auf ihr drehbar gelagerten Nabe, bspw. einem Losrad. Die Verbindungskupplung kann wie eine Schaltkupplung ausgebildet sein und wird alleine deswegen Kupplung genannt, weil sie zwei Wellen miteinander verbindet.
Vorzugsweise kann zumindest ein Teil der Kupplungen und/oder Schaltkupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sein. Insbesondere können alle Kupplungen und Schaltkupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sein.
Bevorzugt ist die erste Getriebeeingangswelle in einer ersten Ausgestaltung schalt kupplungsfrei und/oder losradfrei ausgebildet. Dabei können auf der ersten Getrie beeingangswelle als Zahnräder ausschließlich Festräder angeordnet sein. Insbeson dere können auf der ersten Getriebeeingangswelle genau zwei Festräder angeordnet sein.
Alternativ können auf der ersten Getriebeeingangswelle als Zahnräder ausschließlich Losräder angeordnet sein. Insbesondere können auf der ersten Getriebeeingangs welle genau zwei Losräder angeordnet sein. Dann kann auf der ersten Getriebeein gangswelle wenigstens eine Schalteinrichtung angeordnet sein. Bevorzugt können auf der ersten Getriebeeingangswelle wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrichtungen angeordnet sein. Es kann eine einseitige und eine zweiseitige Schalteinrichtung vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise kann jeder Gangstufe ein Festrad und ein Losrad zugeordnet sein und zwar jeweils ein einziges Festrad und ein einziges Losrad. Weiterhin können je des Festrad und Losrad immer eindeutig einer einzigen Gangstufe zugeordnet sein.
Vorzugsweise kann ein Differenzial in axialer Richtung auf Höhe einer Kupplung zur Verbindung einer Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Vor teilhafterweise kann ein Zahnrad zur Anbindung des Differenzials axial außen auf einer Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Anbindung kann vorzugsweise an der Seite des Verbrennungsmotors erfolgen. Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens eine, insbesondere ge nau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelege welle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differential vorhan den ist. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, was sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Fall ist.
Bevorzugt kann auf der Vorgelegewelle wenigstens eine Schalteinrichtung angeord net sein. In einer ersten Alternative kann genau eine Schalteinrichtung auf der Vorge legewelle angeordnet sein. Bevorzugt sind dann genau zwei Losräder auf der Vorge legewelle angeordnet. Insbesondere kann die Vorgelegewelle gangfestradfrei ausge staltet sein.
Alternativ können auf der Vorgelegewelle ausschließlich Festräder angeordnet sein, insbesondere zwei Gangfesträder und/oder ein Festrad zur Herstellung einer Verbin dung mit dem Differential.
Vorzugsweise können alle Schaltelemente der Schalteinrichtungen auf der Vorgele gewelle als Schaltkupplungen ausgestaltet sein.
Bevorzugt kann sich auf der Vorgelegewelle ein Festrad zur Herstellung einer Ver bindung mit dem Differential befinden.
Weiterhin kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufwei sen. Diese ist dazu ausgebildet, das Getriebe wie beschrieben zu steuern.
Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Hybrid- Getriebeeinrichtung und wenigstens einer elektrischen Achse, insbesondere Hinter achse. Der Hybrid-Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid- Getriebeeinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist. Dieser Aufbau ist bevorzugt mit einer einzigen Antriebseinrichtung in der Hybrid-Getriebeeinrichtung angeordnet. Ei ne elektrische Achse ist dabei eine Achse mit einem dieser zugeordneten Elektromo tor. Die Abgabe von Antriebsmoment durch den Elektromotor der elektrischen Achse erfolgt also im Kraftfluss unabhängig von der Hybrid-Getriebeeinrichtung. Bevorzugt ist die elektrische Achse eine Montageeinheit. Die Montageeinheit kann auch ein ei genes Getriebe zur Übersetzung des Antriebsmomentes des Elektromotors der elektrischen Achse aufweisen. Dieses ist vorzugsweise als Gangwechselgetriebe ausgestaltet.
Bei der Verwendung einer elektrischen Achse kann diese das Antriebsmoment ab stützen, wenn die Antriebseinrichtung oder der Verbrennungsmotor die Gangstufe wechseln. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung ist bevorzugt einer anderen als der elektri schen Achse zugeordnet.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung oder einem Hybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahr zeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung oder der Hyb rid-Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Hybrid-Getriebeeinrichtung als Front-Quer- Getriebeeinrichtung im Kraftfahrzeug anordnet.
Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hybrid-Getriebeeinrichtung auf. Die Steuerungseinrichtung kann also Teil der Hybrid- Getriebeeinrichtung sein, muss es aber nicht.
Vorzugsweise ist im Kraftfahrzeug eine Batterie angeordnet, die einen elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für wenigstens 15 Minuten ermöglicht. Alternativ kann für einen rein elektrischen Betrieb der Verbrennungsmotor mit einem der Elektromotoren als Generator Strom erzeugen, der direkt an den anderen Elektromotor geht.
Weiterhin kann das Kraftfahrzeug einen Druckspeicher aufweisen. Dieser kann zum Betrieb einer Fluidkraftmaschine verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen: Figur 1 ein Kraftfahrzeug,
Figur 2 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer ersten Ausgestal tung,
Figur 3 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer zweiten Ausge staltung,
Figur 4 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer dritten Ausgestal tung,
Figur 5 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer vierten Ausgestal tung,
Figur 6 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer fünften Ausgestal tung,
Figur 7 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer sechsten Ausge staltung,
Figur 8 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer siebten Ausge staltung, und
Figur 9 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer achten Ausgestal tung.
Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Hybrid - Getriebeeinrichtung 3. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 umfasst wie weiter unten detaillierter beschrieben wird auch einen Elektromotor EM2, sodass sie als Montage einheit verbaut werden kann. Dies ist aber nicht zwingend, grundsätzlich kann der Radsatz auch ohne bereits angeschlossenen Elektromotor EM2 eine Montageeinheit bilden. Zur Steuerung der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 ist eine Steuerungseinrich- tung 4 vorhanden. Diese kann Teil der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 oder des Kraft fahrzeugs 1 sein.
Der Hybrid-Antriebsstrang 5 kann neben dem Verbrennungsmotor 2 und der Hybrid- Getriebeeinrichtung 3 auch wenigstens eine elektrische Achse 6 aufweisen. Die elektrische Achse 6 ist bevorzugt die Hinterachse, wenn die Hybrid- Getriebeeinrichtung 3 als Front-Quer-Getriebe angeordnet ist und die Vorderachse 7 antreibt und umgekehrt.
Der Verbrennungsmotor 2 und die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 bilden dabei eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 8. Im Unterschied zu Getrieben für eine ein zige Antriebsvorrichtung, bspw. nur für einen Verbrennungsmotor oder nur für einen Elektromotor, ist die Hybrid-Getriebeeinrichtung zum Anbinden wenigstens zweier Antriebsvorrichtungen mit unterschiedlichen Energieumwandlungs- oder - verbrauchsformen ausgestaltet.
Figur 2 zeigt die Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 8 mit dem Verbrennungs motor 2 und der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 und insbesondere ihr Getriebe 9 in Form eines Radsatzschemas in einer ersten Ausgestaltung. Im Folgenden wird die Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 8 beginnend vom Verbrennungsmotor 2 be schrieben. Die Kurbelwelle 10 ist über eine Dämpfungseinrichtung 12 mit der Getrie beeingangswelle 14 verbunden. Die Dämpfungseinrichtung 12 kann einen Torsions dämpfer und/oder Tilger und/oder eine Rutschkupplung umfassen. Zur Verbindung der Kurbelwelle 10 mit der Getriebeeingangswelle 14 ist eine Verbindungskupplung K3 als Schalteinrichtung S1 vorgesehen. Diese ist auf der Seite des Verbrennungs motors 2 angeordnet.
Auf der Getriebeeingangswelle 14 sind zwei Festräder 16 und 18 angeordnet. Dabei ist das Festrad 16 das Festrad der Gangstufe Ga und das Festrad 18 das Festrad der Gangstufe Gb.
Die Getriebeeingangswelle 14 weist zwei Enden auf, nämlich ein zum Verbren nungsmotor 2 weisendes Ende 20 und ein Ende 22 an der motorabgewandten Seite. Die Kupplung K3 verbindet den Verbrennungsmotor 2 mit der Hybrid- Getriebeeinrichtung 3. Die Verbindungskupplung K3 kann ganz oder teilweise an der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 vor der Montage mit dem Verbrennungsmotor 2 vor montiert sein.
Zur Verbindung mit einem Differenzial 32 und zur Bildung der Übersetzungs- oder Gangstufen weist die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 eine einzige Vorgelegewelle 24 auf. Auf der Vorgelegewelle 24 ist eine einzige Schalteinrichtung S2 mit Schaltkupp lungen A und B zur Verbindung der Losräder 26 und 28 mit der Vorgelegewelle 24 angeordnet. Die Vorgelegewelle 24 ist gangfestradfrei ausgestaltet, d. h. es befindet sich auf ihr kein Festrad einer Gangstufe. Lediglich ein Festrad 30 zur Anbindung des Differenzials 32 ist als Festrad auf der Vorgelegewelle 24 vorgesehen. Die Zuord nung der Festräder und Losräder zu den Gangstufen ergibt sich anhand der Gang stufennamen Ga und Gb unterhalb der auf der Vorgelegewelle 24 angeordneten Zahnräder.
Dabei wird die Gangstufe Ga mit den Zahnrädern 16 und 26 immer in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 2 eingesetzt, entweder für einen verbrennungsmotorischen Gang V1 oder für einen hybriden Gang H11. Die Gangstufe Gb mit den Zahnrädern 18 und 28 wird dagegen rein elektrisch, also durch den Elektromotor EM, angetrie ben und benutzt.
Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist der Elektromotor EM an die Gangstufe Ga des Verbrennungsmotors 2 angebunden, um diese für eine Vorübersetzung bei einer rein elektrischen Betriebsweise zu benutzen. Während die Gangstufe Ga ins Schnelle übersetzt, also eine Übersetzung kleiner als 1 aufweist, wird für den Elektromotor EM eine Gesamtübersetzung von ca. 15 benötigt. Die Gangstufe Gb trägt hierzu einen Faktor von ca. 2,5 bei. Das Festrad 16 der Gangstufe Ga wird zur Anbindung und Vorübersetzung verwendet, wobei zwischen Elektromotor EM und Getriebeein gangswelle 14 eine Übersetzung von ca. 2 erreicht wird. Dadurch kann mit minimier tem Aufwand für jede Antriebsvorrichtung eine optimale Übersetzung erhalten wer den. Anhand dieses Schemas kann man folgendes zu den Gangstufen feststellen: Jeder Gangstufe Ga und Gb ist ein Festrad und ein Losrad zugeordnet und zwar jeweils ein einziges Festrad und ein einziges Losrad. Jedes Festrad und Losrad ist immer ein deutig einer einzigen Gangstufe zugeordnet, d. h. es gibt keine Windungsgänge un ter Verwendung eines Zahnrades mehrerer Gangstufen.
Ein Gang umfasst dagegen auch die Vorübersetzungen und Nachübersetzungen. Im elektromotorischen Gang E1 ist also als Vorübersetzung auch die über die Zahnräder 16 und 34 erreichte Übersetzung erhalten. Dabei kann zur Erzielung der gewünsch ten Übersetzung und/oder zur Überbrückung des Abstandes ein weiteres Zahnrad zwischen den Zahnrädern 16 und 34 angeordnet sein.
Der Elektromotor EM ist wie gezeigt angebunden, und zwar an das Zahnrad 16. Dadurch ist es möglich, den Elektromotor EM ohne zusätzliches Zahnrad an der Ge triebeeingangswelle für 14 anzubinden, wodurch Bauraum eingespart wird. Insbe sondere kann durch die Anbindung des Elektromotors EM mit Überlappung von Elektromotor 2 und Getriebe 9 in axialer Richtung eine axial extrem kurzbauende Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 geschaffen werden.
Der Elektromotor EM bzw. seine Längsachse ist parallel zur Getriebeeingangswelle 14 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor- Getriebeanordnung 34. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid-Getriebeeinrichtung 36. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach Figur 2 ist die Verbindungskupplung K3 am motorabgewandten Ende 22 der Getriebeein gangswelle angeordnet. Zur Trennung des Verbrennungsmotors 2 vom Elektromotor EM bzw. der weiteren Drehmomentübertragung ist eine Zwischenwelle 38 vorgese hen, die auf der Getriebeeingangswelle 14 gelagert ist. Die Verbindungskupplung K3 verbindet dann die Getriebeeingangswelle 14 und die Zwischenwelle 38. Der weitere Aufbau und die Betriebsweise ergibt sich aus Figur 2. Insbesondere bleibt auch die beschriebene Funktionalität erhalten.
Figur 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 40. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid- Getriebeeinrichtung 42. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 42 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass die Abschnitte hinter der Achse 44 in axialer Richtung gespiegelt wurden. Die Gangstufe Ga befindet sich dementsprechend am motorabgewandten Ende 22 der Getriebeeingangswelle 14, die Gangstufe Gb mit den Zahnrädern 18 und 28 ist dagegen jetzt näher am Ver brennungsmotor 2. Der Elektromotor EM wurde ebenfalls in Position und Lage mit gespiegelt.
Figur 5 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 46. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid- Getriebeeinrichtung 48. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 48 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass zur Anbindung des Elektromotors EM ein eigenes Zahnrad 50 auf der Getriebeeingangswelle 14 ange ordnet ist. Das Zahnrad 50 ist bevorzugt als Festrad ausgebildet. Durch die Verwen dung eines eigenen Zahnrads 50 statt des Gangfestrades 16 kann der Elektromotor EM mittels einer Kette angebunden werden. Die Dimensionierung kann wie beim Zahnrad 16 erfolgen, sie kann aber auch unterschiedlich sein.
In der Ausgestaltung nach Figur 5 ist das Zahnrad am motorseitigen Ende 20 der Getriebeeingangswelle 14 angeordnet.
Figur 6 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 52. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid- Getriebeeinrichtung 54. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 54 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass zur Anbindung des Elektromotors EM ein eigenes Zahnrad 50 auf der Getriebeeingangswelle 14 ange ordnet ist. Im Vergleich zu Figur 5 wurde aber eine alternative Anbindungsstelle für das Zahnrad 50 gewählt. Dieses ist jetzt am motorabgewandten Ende 22 angeord net, der Ausgang des Elektromotors EM wurde daher in axialer Richtung umgekehrt.
Figur 7 zeigt eine sechste Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor- Getriebeanordnung 56. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid-Getriebeeinrichtung 58. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 58 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass die Schalteinrichtung S2 auf die Getriebeeingangswelle 14 verlegt wurde. Dementspre chend sind die Losräder 26 und 28 der Gangstufen Ga und Gb auf der Getriebeein gangswelle 14 angeordnet und die Festräder 16 und 18 auf der Vorgelegewelle 24. Weiterhin ist der Elektromotor EM an ein separates Zahnrad 50, das kein Gangzahn rad ist, angebunden.
Figur 8 zeigt eine siebte Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor- Getriebeanordnung 60. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid-Getriebeeinrichtung 62. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 62 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass der Elekt romotor EM koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 angeordnet und direkt an diese angebunden ist. In der Ausgestaltung nach Figur 7 ist er am motorabgewandten En de 22 angebunden.
Figur 9 zeigt eine achte Ausgestaltung einer Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 64. Diese umfasst ebenfalls einen Verbrennungsmotor 2 und eine Hybrid- Getriebeeinrichtung 66. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 64 unterscheidet sich von der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2 dahingehend, dass der Elektromotor EM koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 angeordnet und direkt an diese angebunden ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung nach Figur 8 ist er am motorzugewandten En de 20 der Getriebeeingangswelle 14 angebunden.
Als Gemeinsamkeit der Hybrid-Getriebeeinrichtungen 3, 36, 42, 48, 54, 58, 62 und 66 kann festgehalten werden: Die Hybrid-Getriebeeinrichtungen 3, 36, 42, 48, 54, 58, 62 und 66 besitzen aus schließlich zwei Gangstufen, und zwar eine elektromotorische Gangstufe Gb und eine Gangstufe Ga, die immer mit einem Verbrennungsmotor betrieben wird, sei es verbrennungsmotorisch oder hybridisch. Die Übersetzung der Gangstufe Ga ist klei ner als 1 und die Übersetzung der Gangstufe Gb größer als 1. Der Verbrennungsmo tor 2 ist über eine Verbindungskupplung ankoppelbar. Die Gangstufen Ga und Gb sind mittels einer einzigen Schalteinrichtung S2 einlegbar. Es gibt eine einzige Vor gelegewelle 22. Es ist eine Dämpfungseinrichtung 12 zur Schwingungsreduzierung vorhanden. Der Elektromotor EM ist mit der Getriebeeingangswelle verbunden.
Dabei handelt es sich jeweils um bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungskerns, bspw. kann natürlich jedem Losrad auch eine eigene einseitige Schalteinrichtung mit einer einzigen Schaltkupplung zugeordnet werden.
Bezuqszeichen Kraftfahrzeug
Verbrennungsmotor
Hybrid-Getriebeeinrichtung
Steuerungseinrichtung
Hybrid-Antriebsstrang
elektrische Achse
Vorderachse
Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung Gangwechselgetriebe
Kurbelwelle
Dämpfungseinrichtung
Getriebeeingangswelle
Festrad
Festrad
Ende
Ende
Vorgelegewelle
Losrad
Losrad
Festrad
Differenzial
Zahnrad
Hybrid-Getriebeeinrichtung
Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung Zwischenwelle
Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung Hybrid-Getriebeeinrichtung
Achse
Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung Hybrid-Getriebeeinrichtung
Festrad 52 Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
54 Hybrid-Getriebeeinrichtung
56 Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
58 Hybrid-Getriebeeinrichtung
60 Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
62 Hybrid-Getriebeeinrichtung
64 Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
66 Hybrid-Getriebeeinrichtung
K3 Verbindungskupplung
S1 Schalteinrichtung
S2 Schalteinrichtung
A Schaltkupplung
B Schaltkupplung
EM Elektromotor

Claims

Patentansprüche
1. Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) für eine Verbrennungs motor-Getriebeanordnung (8, 35, 40, 46, 52, 56, 60, 64) eines Kraftfahrzeuges (1 ) mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle (14), wenigstens einer Antriebseinrichtung (EM) und wenigstens einer Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung zweier Wellen (10, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid- Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) höchstens zwei, insbesondere ge nau zwei, Gangstufen (Ga, Gb) aufweist.
2. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) genau zwei Schalteinrich tungen (S1 , S2) aufweist.
3. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Gangstufe (Ga) als verbrennungsmotorische Gangstufe ausgebildet ist.
4. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) als Einzelschaltelement (S1 ) angeordnet ist.
5. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der, bevorzugt alle, Kupplungen (K3) und Schaltkupplungen (A, B) als Klauenkupplungen ausgebildet sind.
6. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Eingangsseite der Getriebeeingangswelle eine Dämp fungseinrichtung (12) angeordnet ist.
7. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 56, 60, 64) genau eine zweiseitige Schalteinrichtung (S2) zur Verbindung von Losrädern mit einer Welle (14, 24) aufweist.
8. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) höchstens zwei, insbesondere genau zwei, Losräder (26, 28) aufweist.
9. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (14) schaltkupplungsfrei ausgebil det ist.
10. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) wenigstens eine, insbesondere genau eine, Vorgelegewelle (24) aufweist.
11. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorgelegewelle (24) genau eine Schalteinrichtung (S2) angeordnet ist.
12. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (14) über eine Dämpfungseinrichtung (12) direkt mit einer Kurbelwelle (10) eines Verbrennungsmotors (2) verbunden oder verbindbar ist.
13. Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung (8, 35, 40, 46, 52, 56, 60, 64) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
14. Hybrid-Antriebsstrang mit einer Hybrid-Getriebeeinrichtung und/oder einer Ver brennungsmotor-Getriebeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid- Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder die Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung (8, 35, 40, 46, 52, 56, 60,
64) nach Anspruch 13 ausgebildet ist.
15. Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) und/oder einer Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung (8, 35, 40, 46, 52, 56, 60, 64) und/oder einem Hybrid-Antriebsstrang (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder die Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung (8, 35, 40, 46, 52, 56, 60, 64) nach Anspruch 13 und/oder der Hybrid-Antriebsstrang (5) nach Anspruch 14 ausgebildet ist.
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