DE102019205510A1

DE102019205510A1 - Hybrid-Getriebeeinrichtung, Motor-Getriebeanordnung, Hybrid-Antriebsstrang sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019205510A1
Application number: DE102019205510.9A
Authority: DE
Inventors: 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
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN113692505A; WO2020212386A1; US20220194208A1; US12122242B2

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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Getriebeeingangswelle, wenigstens einer Antriebseinrichtung und wenigstens einer Verbindungskupplung 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 automatisierten Getriebe zu hybridisieren, beispielsweise Automatgetriebe und Doppelkupplungsgetriebe. 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 kompaktbauend ausgestaltet ist.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass eine Hybrid-Getriebeeinrichtung der eingangs genannten Art höchstens zwei, insbesondere genau zwei, Gangstufen aufweist.
Das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung ist vorteilhafterweise als Gangwechselgetriebe 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 ausgebildet. Vorzugsweise ist das Gangwechselgetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Die Zahnräder sind dann als Stirnräder ausgebildet.
Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens eine, insbesondere genau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelegewelle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differenzial vorhanden 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 Nebenabtrieb die zweite Kraftfahrzeugachse antreibt.
Eine Gangstufe ist wie eingangs bereits beschrieben eine mechanisch mit Zahnrädern realisierte Übersetzung zwischen zwei Wellen. Die Gesamtübersetzung zwischen Verbrennungsmotor oder Antriebseinrichtung und Rad weist weitere Übersetzungen auf, wobei die Übersetzungen vor einer Gangstufe, die sogenannten Vorübersetzungen, vom verwendeten Antrieb abhängen können. Die Nachübersetzungen sind üblicherweise gleich. In einer weiter unten gezeigten Ausführungsform wird die Drehzahl und das Drehmoment einer Antriebseinrichtung mehrmals übersetzt, 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 Differenzial als Nachübersetzung. Ein Gang weist dann eine Gesamtübersetzung auf, die vom Antrieb und der Gangstufe abhängt.
Wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor über eine Gangstufe Ga übertragen, so wird dies als verbrennungsmotorischer Gang V1 bezeichnet. Übertragen die Antriebseinrichtung und der Verbrennungsmotor gleichzeitig über die Gangstufe Ga Drehmoment, wird dies als hybridischer Gang H11 bezeichnet. Überträgt nur die Antriebseinrichtung Drehmoment über eine Gangstufe 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 Gangstufe 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 Gangstufe ausschließlich einem verbrennungsmotorischen Gang V1 und einem hybridischen Gang H11, 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 zugeordneten Gangstufe kleiner als die dem elektrischen Gang zugeordneten Gangstufe.
Vorzugsweise können auf der Getriebeeingangswelle von der Seite des Verbrennungsmotors her ein Zahnrad der verbrennungsmotorischen Gangstufe und ein Zahnrad der elektrischen Gangstufe angeordnet sein.
In einer ersten Alternative kann die Antriebseinrichtung an eine verbrennungsmotorische und/oder hybridische Gangstufe angebunden sein. Dann wird für eine Vorübersetzung 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 Antriebseinrichtung dann mit einer Kette angebunden werden. In beiden Fällen sind die Zahnräder 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 Antriebseinrichtung als Elektromotor auch mehrere kleine Elektromotoren als ein Elektromotor angesehen 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 Bauteile 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 erforderlich, um den Achsabstand zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und der Getriebeeingangswelle zu überbrücken. Durch die Anbindung der Antriebseinrichtung 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 Getriebeeingangswellen angeordnet sind, als Festrad ausgebildet sein. Bevorzugt können beide Gangräder als Festräder ausgebildet sein. Die Antriebseinrichtung kann also bevorzugt in einer sogenannten P3-Anordnung, also am Getrieberadsatz, angeordnet sein.
Vorzugsweise kann die Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Vorwärts-Anfahren verwendet werden. Weiterhin kann das Anfahren immer von der Antriebseinrichtung übernommen. Die Antriebseinrichtung kann bevorzugt als einzige Antriebsquelle 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 hybridische 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 Längsachse 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° vorgesehen. Leichte Schrägstellungen der Antriebseinrichtungen im Vergleich zum Getriebe können sich aus Bauraumgründen ergeben.
Alternativ kann die Antriebseinrichtung koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet 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. Insbesondere kann sie in axialer Richtung auf gleicher Höhe wie die Radebene des Differenzials liegen.
Vorzugsweise kann die Achse der Antriebseinrichtung - bei achsparalleler Anordnung der Antriebseinrichtung - in Einbauposition oberhalb der Achse der Getriebeeingangswelle liegen. Im Folgenden wird immer auf die Einbauposition referenziert, während der Montage kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung auch auf dem Kopf stehen. Derartige Positionen sind aber für die folgende Beschreibung irrelevant. Während die achsparallele Anordnung es auch ermöglicht, dass sich die Antriebseinrichtung unterhalb der Achse der Getriebeeingangswelle befindet ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung und damit ihre Achse oberhalb der Getriebeeingangswelle positioniert ist. Bei dieser Anordnung kann die Packungsdichte maximiert werden.
Vorzugsweise kann die Achse der Antriebseinrichtung in Einbauposition oberhalb der Achsen einer oder mehrerer Vorgelegewellen und/oder einer oder mehrerer Abtriebswellen liegen. Die Antriebseinrichtung liegt also oberhalb der genannten Komponenten der Stirnradgetriebeanordnung. Alternativ kann man dementsprechend sagen, 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 Richtung mehr als 75% betragen, vorteilhafterweise ist er 100%. Hier ermittelt sich der Überlapp anhand des Gehäuses der Antriebseinrichtung. Die Ausgangswelle der Antriebseinrichtung ist nicht berücksichtigt.
Vorteilhafterweise kann die zweite Antriebseinrichtung drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden, insbesondere an die Getriebeeingangswelle angebunden, sein.
Vorteilhafterweise kann die Getriebeeingangswelle mit einem Verbrennungsmotor direkt verbindbar oder verbunden sein. Direkt verbunden bezeichnet eine kupplungsfreie Verbindung, eine Dämpfeinrichtung kann bspw. zwischen Kurbelwelle und erster 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. Elektromotoren sind verbreitet in Hybrid-Getriebeeinrichtungen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung als Fluidkraftmaschine ausgebildet 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 Druckspeicher. 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 Verbrennungsmotor-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 Getriebe. Sie ist damit eine sogenannte Trennkupplung. Somit kann über die Antriebseinrichtung auch rein elektrisch gefahren werden.
Vorzugsweise kann die Verbindungskupplung am zum Verbrennungsmotor weisenden 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 einseitig 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 schaltkupplungsfrei und/oder losradfrei ausgebildet. Dabei können auf der ersten Getriebeeingangswelle als Zahnräder ausschließlich Festräder angeordnet sein. Insbesondere 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 Getriebeeingangswelle genau zwei Losräder angeordnet sein. Dann kann auf der ersten Getriebeeingangswelle 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 jedes 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. Vorteilhafterweise 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 genau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelegewelle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differential vorhanden 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 angeordnet sein. In einer ersten Alternative kann genau eine Schalteinrichtung auf der Vorgelegewelle angeordnet sein. Bevorzugt sind dann genau zwei Losräder auf der Vorgelegewelle angeordnet. Insbesondere kann die Vorgelegewelle gangfestradfrei ausgestaltet sein.
Alternativ können auf der Vorgelegewelle ausschließlich Festräder angeordnet sein, insbesondere zwei Gangfesträder und/oder ein Festrad zur Herstellung einer Verbindung mit dem Differential.
Vorzugsweise können alle Schaltelemente der Schalteinrichtungen auf der Vorgelegewelle als Schaltkupplungen ausgestaltet sein.
Bevorzugt kann sich auf der Vorgelegewelle ein Festrad zur Herstellung einer Verbindung mit dem Differential befinden.
Weiterhin kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweisen. 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 Hinterachse. 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. Eine elektrische Achse ist dabei eine Achse mit einem dieser zugeordneten Elektromotor. 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 eigenes 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 abstützen, wenn die Antriebseinrichtung oder der Verbrennungsmotor die Gangstufe wechseln. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung ist bevorzugt einer anderen als der elektrischen Achse zugeordnet.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung oder einem Hybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung oder der Hybrid-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 folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:

1 ein Kraftfahrzeug,
2 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer ersten Ausgestaltung,
3 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
4 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer dritten Ausgestaltung,
5 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer vierten Ausgestaltung,
6 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer fünften Ausgestaltung,
7 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer sechsten Ausgestaltung,
8 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer siebten Ausgestaltung, und
9 eine Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung in einer achten Ausgestaltung.

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 Montageeinheit 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 Steuerungseinrichtung 4 vorhanden. Diese kann Teil der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 oder des Kraftfahrzeugs 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 einzige 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.
2 zeigt die Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung 8 mit dem Verbrennungsmotor 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 beschrieben. Die Kurbelwelle 10 ist über eine Dämpfungseinrichtung 12 mit der Getriebeeingangswelle 14 verbunden. Die Dämpfungseinrichtung 12 kann einen Torsionsdämpfer 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 Verbrennungsmotors 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 Verbrennungsmotor 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 vormontiert 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 Schaltkupplungen 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 Zuordnung der Festräder und Losräder zu den Gangstufen ergibt sich anhand der Gangstufennamen 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, angetrieben und benutzt.
Bei der Ausgestaltung nach 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 Getriebeeingangswelle 14 eine Übersetzung von ca. 2 erreicht wird. Dadurch kann mit minimiertem Aufwand für jede Antriebsvorrichtung eine optimale Übersetzung erhalten werden.
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 eindeutig einer einzigen Gangstufe zugeordnet, d. h. es gibt keine Windungsgänge unter 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 gewünschten 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 Getriebeeingangswelle für 14 anzubinden, wodurch Bauraum eingespart wird. Insbesondere 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.
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 2 ist die Verbindungskupplung K3 am motorabgewandten Ende 22 der Getriebeeingangswelle angeordnet. Zur Trennung des Verbrennungsmotors 2 vom Elektromotor EM bzw. der weiteren Drehmomentübertragung ist eine Zwischenwelle 38 vorgesehen, 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 2. Insbesondere bleibt auch die beschriebene Funktionalität erhalten.
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 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 Verbrennungsmotor 2. Der Elektromotor EM wurde ebenfalls in Position und Lage mitgespiegelt.
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 2 dahingehend, dass zur Anbindung des Elektromotors EM ein eigenes Zahnrad 50 auf der Getriebeeingangswelle 14 angeordnet ist. Das Zahnrad 50 ist bevorzugt als Festrad ausgebildet. Durch die Verwendung 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 5 ist das Zahnrad am motorseitigen Ende 20 der Getriebeeingangswelle 14 angeordnet.
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 2 dahingehend, dass zur Anbindung des Elektromotors EM ein eigenes Zahnrad 50 auf der Getriebeeingangswelle 14 angeordnet ist. Im Vergleich zu 5 wurde aber eine alternative Anbindungsstelle für das Zahnrad 50 gewählt. Dieses ist jetzt am motorabgewandten Ende 22 angeordnet, der Ausgang des Elektromotors EM wurde daher in axialer Richtung umgekehrt.
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 2 dahingehend, dass die Schalteinrichtung S2 auf die Getriebeeingangswelle 14 verlegt wurde. Dementsprechend sind die Losräder 26 und 28 der Gangstufen Ga und Gb auf der Getriebeeingangswelle 14 angeordnet und die Festräder 16 und 18 auf der Vorgelegewelle 24. Weiterhin ist der Elektromotor EM an ein separates Zahnrad 50, das kein Gangzahnrad ist, angebunden.
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 2 dahingehend, dass der Elektromotor EM koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 angeordnet und direkt an diese angebunden ist. In der Ausgestaltung nach 7 ist er am motorabgewandten Ende 22 angebunden.
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 2 dahingehend, dass der Elektromotor EM koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 angeordnet und direkt an diese angebunden ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung nach 8 ist er am motorzugewandten Ende 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 ausschließlich 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 kleiner als 1 und die Übersetzung der Gangstufe Gb größer als 1. Der Verbrennungsmotor 2 ist über eine Verbindungskupplung ankoppelbar. Die Gangstufen Ga und Gb sind mittels einer einzigen Schalteinrichtung S2 einlegbar. Es gibt eine einzige Vorgelegewelle 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.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Hybrid-Getriebeeinrichtung
4: Steuerungseinrichtung
5: Hybrid-Antriebsstrang
6: elektrische Achse
7: Vorderachse
8: Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
9: Gangwechselgetriebe
10: Kurbelwelle
12: Dämpfungseinrichtung
14: Getriebeeingangswelle
16: Festrad
18: Festrad
20: Ende
22: Ende
24: Vorgelegewelle
26: Losrad
28: Losrad
30: Festrad
32: Differenzial
34: Zahnrad
35: Hybrid-Getriebeeinrichtung
36: Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
38: Zwischenwelle
40: Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
42: Hybrid-Getriebeeinrichtung
44: Achse
46: Verbrennungsmotor-Getriebeanordnung
48: Hybrid-Getriebeeinrichtung
50: 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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011005451 A1 [0002]

Claims

Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) für eine Verbrennungsmotor-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 genau zwei, Gangstufen (Ga, Gb) aufweist.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3, 36, 42, 48, 54, 58, 62, 66) genau zwei Schalteinrichtungen (S1, S2) aufweist.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Gangstufe (Ga) als verbrennungsmotorische Gangstufe ausgebildet ist.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) als Einzelschaltelement (S1) angeordnet ist.
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.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Eingangsseite der Getriebeeingangswelle eine Dämpfungseinrichtung (12) angeordnet ist.
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.
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.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (14) schaltkupplungsfrei ausgebildet ist.
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.
Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorgelegewelle (24) genau eine Schalteinrichtung (S2) angeordnet ist.
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.
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.
Hybrid-Antriebsstrang mit einer Hybrid-Getriebeeinrichtung und/oder einer Verbrennungsmotor-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.
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.