DE102021113655A1

DE102021113655A1 - Hybridgetriebe mit zwei Planetenradsätzen sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021113655A1
Application number: DE102021113655.5A
Authority: DE
Inventors: Matthieu Rihn; Nicolas FUNALOT; Laurent Bayoux
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (1) für ein hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2), mit einer mit einer Verbrennungskraftmaschine (3) koppelbaren Eingangswelle (6), einer mit einer elektrischen Maschine (4) koppelbaren Rotorwelle (7), einer mit einer Antriebsachse (5) koppelbaren Abtriebswelle (8), sowie einer Getriebeeinrichtung (9), welche die Eingangswelle (6) und/oder die Rotorwelle (7) mit der Abtriebswelle (8) verbindet, wobei die Getriebeeinrichtung (9) zwei Planetenradsätze (10, 11) sowie nicht mehr als vier Schalteinheiten (12, 13, 14, 15) aufweist, wobei ein erstes Sonnenrad (16) sowohl mit der Rotorwelle (7) als auch mit einem zweiten Sonnenrad (17) permanent rotatorisch verbunden ist, und ein erstes Hohlrad (18) mit einem zweiten Hohlrad (19) permanent rotatorisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) mit einem solchen Hybridgetriebe (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für ein hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, Lkw, Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, mit einer mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren (oder gekoppelten) Eingangswelle, einer mit einer elektrischen Maschine koppelbaren (oder gekoppelten) Rotorwelle, einer mit einer Antriebsachse koppelbaren (oder gekoppelten) Abtriebswelle, sowie einer Getriebeeinrichtung, welche die Eingangswelle und/oder die Rotorwelle mit der Abtriebswelle verbindet, wobei die Getriebeeinrichtung zwei Planetenradsätze sowie nicht mehr als vier, zum Schalten mehrerer Gänge der Getriebeeinrichtung vorgesehene Schalteinheiten aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit diesem Hybridgetriebe, das an einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs eingesetzt ist.
Weiterer Stand der Technik ist mit der EP 2 146 855 B1 , die ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug beschreibt, und mit der JP 6331058 B2 , bei der zwei elektrische Maschinen eingesetzt sind, offenbart. Die WO 2016/075336 A1 bildet weiteren gattungsgemäßen Stand der Technik.
Als Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch herausgestellt, dass die bisherigen Getriebeeinheiten häufig einen relativ komplexen Aufbau aufweisen. Dies bringt einen erhöhten Herstell- und Montageaufwand sowie einen erhöhten Bauraumbedarf mit sich. Gewisse Anordnungen des Hybridgetriebes relativ zu einem Verbrennungsmotor des jeweiligen Kraftfahrzeuges lassen sich daher nicht oder nur relativ schwierig umsetzen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere ein Hybridgetriebe zur Verfügung zu stellen, das einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und kompakt umgesetzt ist.
Die Aufgabe wird durch ein Hybridgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein (erstes) Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes sowohl mit der Rotorwelle als auch mit einem (zweiten) Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes permanent rotatorisch verbunden ist, und ein (erstes) Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem (zweiten) Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes permanent rotatorisch verbunden ist.
Dadurch ist der Aufbau der Getriebeeinrichtung möglichst einfach gehalten, wobei die elektrische Maschine kompakt mit der Getriebeeinrichtung verschachtelt ist. Somit werden der Herstellvorgang und der Montagevorgang des Hybridgetriebes deutlich vereinfacht.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Eingangswelle über eine erste Schalteinheit mit einem (ersten) Planetenträger des ersten Planetenradsatzes koppelbar sein. Das heißt, dass die erste Schalteinheit zwischen der Eingangswelle und dem ersten Planetenträger wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der ersten Schalteinheit ist folglich die Eingangswelle drehfest mit dem ersten Planetenträger verbunden, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der ersten Schalteinheit die Eingangswelle von dem ersten Planetenträger rotatorisch entkoppelt ist. Weiter bevorzugt ist die erste Schalteinheit als eine Kupplung, etwa als Reibkupplung, ausgebildet. Dadurch ist von der Verbrennungskraftmaschine hin zu der Abtriebswelle eine geeignete Übersetzung wählbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Eingangswelle über eine zweite Schalteinheit mit dem (ersten) Hohlrad des ersten Planetenradsatzes koppelbar sein. Das heißt, dass die zweite Schalteinheit zwischen der Eingangswelle und dem ersten Hohlrad wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der zweiten Schalteinheit ist folglich die Eingangswelle drehfest mit dem ersten Hohlrad verbunden, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der zweiten Schalteinheit die Eingangswelle von dem ersten Hohlrad rotatorisch entkoppelt ist.
Auch dadurch ist von der Verbrennungskraftmaschine hin zu der Abtriebswelle eine geeignete Übersetzung wählbar.
Die zweite Schalteinheit kann vorteilhafterweise als eine unabhängig von einer Relativdrehrichtung ihres ersten Kupplungsbestandteils zu ihrem zweiten Kupplungsbestandteil schaltbare Kupplung ausgebildet sein. Dadurch ist die erste Schalteinheit möglichst unabhängig ansteuerbar.
Alternativ kann die zweite Schalteinheit als ein abhängig von der Relativdrehrichtung des ersten Kupplungsbestandteils zu dem zweiten Kupplungsbestandteil schaltbarer Freilauf ausgebildet sein. In einer ersten Relativdrehrichtung der beiden Kupplungsbestandteile zueinander ist der Freilauf gesperrt (geschlossen) und in einer, der ersten Relativdrehrichtung entgegengesetzten, zweiten Relativdrehrichtung der beiden Kupplungsbestandteile ist der Freilauf entsperrt (geöffnet). Dadurch ist eine noch einfacher aufgebaute Kupplung umgesetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein bzw. der (erste) Planetenträger des ersten Planetenradsatzes über eine als Bremse ausgebildete dritte Schalteinheit gehäusefest abstützbar sein. Das heißt, dass die dritte Schalteinheit zwischen dem ersten Planetenträger und einem Gehäuse des Hybridgetriebes wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der dritten Schalteinheit ist folglich der erste Planetenträger relativ zu dem Gehäuse abgestützt/drehfest festgelegt, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der dritten Schalteinheit der erste Planetenträger relativ zu dem Gehäuse frei drehbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das (erste) Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über eine als Bremse ausgebildete vierte Schalteinheit gehäusefest abstützbar sein. Das heißt, dass die vierte Schalteinheit zwischen dem ersten Hohlrad und dem Gehäuse des Hybridgetriebes wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der vierten Schalteinheit ist folglich das erste Hohlrad relativ zu dem Gehäuse abgestützt/drehfest festgelegt, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der vierten Schalteinheit das erste Hohlrad relativ zu dem Gehäuse frei drehbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein (zweiter) Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes permanent rotatorisch mit der Abtriebswelle verbunden sein. Somit wird eine kompakte Ausbildung und direkte Übertragung des Drehmoments gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Rotor der elektrischen Maschine bzw. ein mit einem Rotor der elektrischen Maschine verbindbarer (oder verbundener) Abschnitt der Rotorwelle axial versetzt zu dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet sein. So kann das Hybridgetriebe besonders kompakt in Radialrichtung ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können insgesamt drei (d.h. genau drei) Schalteinheiten oder insgesamt vier (d.h. genau vier) Schalteinheiten vorhanden sein. Somit ergibt sich ein geeigneter Kompromiss zwischen einer erforderlichen Bauteilanzahl und einem effizienten Betrieb des Kraftfahrzeuges.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der (erste) Planetenträger des ersten Planetenradsatzes als Doppelträger ausgebildet ist, indem er zwei Gruppen verschiedener Planetenräder lagert. Eine Gruppe weist mehrere erste Planetenräder und eine weitere Gruppe mehrere zweite Planetenräder auf, wobei die zweiten Planetenräder radial außerhalb der ersten Planetenräder angeordnet sind und mit den ersten Planetenrädern in Zahneingriff stehen. Die zweiten Planetenräder stehen mit dem ersten Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und die ersten Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes in Zahneingriff. Dadurch ist die Getriebeeinrichtung möglichst geschickt zum Verwirklichen möglichst vieler unterschiedlicher Betriebsmodi umgesetzt.
Ein geschickter Kompromiss zwischen einer hohen Effizienz und einem einfachen Aufbau wird auch dadurch erzielt, dass die vorhandenen Schalteinheiten derart eingesetzt und ausgebildet sind, dass gesamtheitlich ein Gang oder zwei unterschiedliche Gänge in einem rein elektromotorischen Betriebsmodus (bei abgekoppelter Verbrennungskraftmaschine) und zwei, drei, vier oder fünf verschiedene Gänge in einem hybriden oder rein verbrennungsmotorischen Betriebsmodus zwischen der Eingangswelle und dem Abtriebsbestandteil schaltbar sind.
Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem an einer Antriebsachse eingesetzten erfindungsgemäßen Hybridgetriebe nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein dediziertes Hybridgetriebe umgesetzt. Dieses Hybridgetriebe erlaubt einen oder zwei elektromotorische Gänge (als Vorwärtsgänge und Rückwärtsgänge), zwei rein verbrennungsmotorische Gänge (Vorwärtsgänge) und zwei hybride Gängen (Vorwärtsgang; EVT) mit einer durch die Elektromaschine (elektrische Maschine) einstellbaren Übersetzung. Das dedizierte Hybridgetriebe weist zwei Bremsen (B1 und B2), zwei Kupplungen (K1 und K2/FW2), zwei Planetenradsätze und eine elektrische Maschine bzw. eine mit der elektrischen Maschine koppelbare Rotorwelle auf. Auch sind weitere Konfigurationen mit lediglich einer Kupplung oder einer Bremse möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Hybridgetriebe,
2 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer ersten Ausführungsform,
3 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 2,
4 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer zweiten Ausführungsform,
5 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 4,
6 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer dritten Ausführungsform,
7 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 6,
8 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer vierten Ausführungsform,
9 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 8,
10 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer fünften Ausführungsform,
11 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 10,
12 eine schematische Längsschnittdarstellung des Hybridgetriebes in einer sechsten Ausführungsform, und
13 eine Tabelle zur Veranschaulichung unterschiedlicher schaltbarer Betriebsmodi des Hybridgetriebes nach 12.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hybridgetriebe 1, das in einem Kraftfahrzeug 2 eingesetzt ist. Das Kraftfahrzeug 2 ist somit insbesondere ein hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Verbrennungskraftmaschine 3 sowie eine elektrische Maschine 4 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 auf, die über das Hybridgetriebe 1 mit einer Antriebsachse 5 des Kraftfahrzeugs 2 verbunden sind.
2 bis 13 zeigen insgesamt sechs verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1. Das Hybridgetriebe 1 weist eine mit der Verbrennungskraftmaschine 3 koppelbare Eingangswelle 6 auf. In einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 2 ist die Verbrennungskraftmaschine 3 drehfest mit der Eingangswelle 6 verbunden. Das Hybridgetriebe 1 weist eine mit der elektrischen Maschine 4 koppelbare oder gekoppelte Rotorwelle 7 auf. In einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 2 ist die elektrische Maschine 4, insbesondere ein Rotor der elektrischen Maschine 4, drehfest mit der Rotorwelle 7 verbunden. Das Hybridgetriebe 1 weist eine mit der Antriebsachse 5 koppelbare Abtriebswelle 8 auf. In einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 2 ist die Abtriebswelle 8 drehfest mit der Antriebsachse 5 verbunden. Zudem weist das Hybridgetriebe 1 eine Getriebeeinrichtung 9 auf, welche die Eingangswelle 6 und/oder die Rotorwelle 7 mit der Abtriebswelle 8 verbindet.
Die Getriebeeinrichtung 9 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet und weist einen ersten Planetenradsatz 10 sowie einen zweiten Planetenradsatz 11 auf. Zudem weist die Getriebeeinrichtung 9 vier verschiedene Schalteinheiten 12, 13, 14, 15 zum Schalten mehrerer Gänge der Getriebeeinrichtung 9, d.h. zum Umsetzen verschiedener Betriebsmodi, auf. Die Planetenradsätze 10, 11 sind axial nebeneinander angeordnet. Ein erster Planetenradsatz 10 ist jener Planetenradsatz, der (mit seiner axialen Mitte) axial näher an der Verbrennungskraftmaschine 3 angeordnet ist als ein weiterer, zweiter Planetenradsatz 11. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine 4 bzw. ein mit einem Rotor der elektrischen Maschine 4 verbindbarer Bestandteil der Rotorwelle 7 axial versetzt zu dem ersten Planetenradsatz 10 und dem zweiten Planetenradsatz 11 angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist ein (erstes) Sonnenrad 16 des ersten Planetenradsatzes 10 sowohl mit der Rotorwelle 7, d.h. mit der elektrischen Maschine 4, als auch mit einem (zweiten) Sonnenrad 17 des zweiten Planetenradsatzes 11 permanent rotatorisch verbunden. Zudem ist ein (erstes) Hohlrad 18 des ersten Planetenradsatzes 10 mit einem (zweiten) Hohlrad 19 des zweiten Planetenradsatzes 11 permanent rotatorisch verbunden.
Der erste Planetenradsatz 10 weist das erste Sonnenrad 16, das erste Hohlrad 18, mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, an einem ersten Planetenträger 20 drehbar gelagerte erste Planetenräder 21 sowie mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, an dem ersten Planetenträger 20 drehbar gelagerte zweite Planetenräder 22 auf. Die ersten Planetenräder 21 sind sowohl mit dem ersten Sonnenrad 16 als auch mit den zweiten Planetenrädern 21 in Zahneingriff. Die zweiten Planetenräder 22 sind sowohl mit dem ersten Hohlrad 18 als auch mit den ersten Planetenrädern 21 in Zahneingriff. Die Gruppe an ersten Planetenrädern 21 ist radial innerhalb und axial auf gleicher Höhe mit der Gruppe an zweiten Planetenrädern 22 angeordnet. Der erste Planetenradsatz 10 ist folglich als zweistufiger Planetenradsatz umgesetzt.
Der zweite Planetenradsatz 11 weist das zweite Sonnenrad 17, das zweite Hohlrad 19 sowie mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete, an einem zweiten Planetenträger 23 drehbar gelagerte dritte Planetenräder 24 auf. Die dritten Planetenräder 24 sind sowohl mit dem zweiten Sonnenrad 17 als auch mit dem zweiten Hohlrad 19 in Zahneingriff. Der zweite Planetenradsatz 11 ist folglich als einstufiger Planetenradsatz umgesetzt.
In der dargestellten ersten Ausführungsform ist die Eingangswelle 6 über die als Kupplung ausgebildete erste Schalteinheit 12 mit dem ersten Planetenträger 20 des ersten Planetenradsatzes 10 koppelbar. Das heißt, dass die erste Schalteinheit 12 zwischen der Eingangswelle 6 und dem ersten Planetenträger 20 wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der ersten Schalteinheit 12 ist folglich die Eingangswelle 6 drehfest mit dem ersten Planetenträger 20 verbunden, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der ersten Schalteinheit 12 die Eingangswelle 6 von dem ersten Planetenträger 20 rotatorisch entkoppelt ist. Die erste Schalteinheit 12 ist vorzugsweise als eine Reibkupplung ausgebildet.
In der dargestellten ersten Ausführungsform ist die Eingangswelle 6 über die als Kupplung ausgebildete zweite Schalteinheit 13 mit dem ersten Hohlrad 18 des ersten Planetenradsatzes 10 koppelbar. Das heißt, dass die zweite Schalteinheit 13 zwischen der Eingangswelle 6 und dem ersten Hohlrad 18 wirkend eingesetzt ist. In einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der zweiten Schalteinheit 13 ist folglich die Eingangswelle 6 drehfest mit dem ersten Hohlrad 18 verbunden, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der zweiten Schalteinheit 13 die Eingangswelle 6 von dem ersten Hohlrad 18 rotatorisch entkoppelt ist. Die zweite Schalteinheit 13 ist vorzugsweise als eine Reibkupplung ausgebildet. Durch die drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad 18 und dem zweiten Hohlrad 19 ist die Eingangswelle 6 somit auch über die zweite Schalteinheit 13 mit dem zweiten Hohlrad 19 des zweiten Planetenradsatzes 11 koppelbar.
Die Getriebeeinrichtung 7 weist ferner ein Gehäuse 25 auf. In dem Gehäuse 25 sind die drehbar gelagerten Bestandteile der Getriebeeinrichtung 7 gelagert.
In der dargestellten ersten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 20 des ersten Planetenradsatzes 10 über die als Bremse ausgebildete dritte Schalteinheit 14 gehäusefest abstützbar. Das heißt, dass die dritte Schalteinheit 14 zwischen dem ersten Planetenträger 20 und dem Gehäuse 25 wirkend eingesetzt ist. Folglich ist in einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der dritten Schalteinheit 14 der erste Planetenträger 20 relativ zu dem Gehäuse 25 abgestützt, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der dritten Schalteinheit 14 der erste Planetenträger 20 relativ zu dem Gehäuse 25 frei drehbar ist.
In der dargestellten ersten Ausführungsform ist das erste Hohlrad 18 des ersten Planetenradsatzes 10 (und damit auch das fest mit dem ersten Hohlrad 18 verbundene zweite Hohlrad 19) über die als Bremse ausgebildete vierte Schalteinheit 15 gehäusefest abstützbar. Das heißt, dass die vierte Schalteinheit 15 zwischen dem ersten Hohlrad 18 (und damit auch dem zweiten Hohlrad 19) und dem Gehäuse 25 wirkend eingesetzt ist. Folglich ist in einem aktivierten Zustand (geschlossene Stellung) der vierten Schalteinheit 15 das erste Hohlrad 18 relativ zu dem Gehäuse 25 abgestützt, wohingegen in einem inaktiven Zustand (geöffnete Stellung) der vierten Schalteinheit 15 das erste Hohlrad 18 relativ zu dem Gehäuse 25 frei drehbar ist.
In 3 sind die unterschiedlichen Betriebsmodi, wie sie durch Ansteuern der einzelnen Schalteinheiten 12, 13, 14, 15 des Hybridgetriebes 1 nach 2 realisierbar sind, und deren Übersetzungsverhältnisse dargestellt.
In einem rein elektromotorischen Betriebsmodus (ICE off), in dem nur die Rotorwelle 7, d.h. die elektrische Maschine 4, mit der Abtriebswelle 8 verbunden ist und die Eingangswelle 6, d.h. die Verbrennungskraftmaschine 3, von der Abtriebswelle 8 getrennt/entkoppelt ist, können zwei unterschiedliche Gänge bzw. Übersetzungsstufen (EM 1 und EM 2) umgesetzt werden. Die elektrische Maschine 4 wirkt somit als Fahrmotor. In einem ersten Gang EM 1 befindet sich die vierte Schalteinheit 15 (B2) in ihrem aktivierten Zustand; die erste Schalteinheit 12 (K1), die zweite Schalteinheit 13 (K2) und die dritte Schalteinheit 14 (K3) befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 3,15 wird realisiert. In einem Gang EM 2 befindet sich die dritte Schalteinheit 14 in ihrem aktivierten Zustand; die erste Schalteinheit 12, die zweite Schalteinheit 13 und die vierte Schalteinheit 15 befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 1,59 wird realisiert. Diese beiden Gänge sind sowohl als Vorwärtsgänge (EM 1 und EM 2) als auch Rückwärtsgänge (EM-R1 und EM-R2) durch den entsprechenden Antrieb der elektrischen Maschine 4 umsetzbar.
Zwischen der Verbrennungskraftmaschine 3 und der Abtriebswelle 8 sind zudem vier weitere Vorwärtsgänge (ICE 1, ICE 2, ICE 3, ICE 4) schaltbar.
In einem rein verbrennungsmotorischen bzw. hybriden Betriebsmodus (ICE on), in dem die Eingangswelle 6, d.h. die Verbrennungskraftmaschine 3, mit der Abtriebswelle 8 verbunden ist, können vier unterschiedliche Gänge bzw. Übersetzungsstufen (EVT-Modi: ICE 1 und ICE 2, Hybridmodi/Parallelmodi: ICE 3 und ICE4) umgesetzt werden. Die elektrische Maschine 4 kann als Generator (ICE 1, ICE 2, ICE 3, ICE 4) wirken oder als Fahrmotor (ICE 3, ICE 4) wirken oder leer mitlaufen (ICE 3, ICE 4). In einem Gang ICE 1 befindet sich die erste Schalteinheit 12 in ihrem aktivierten Zustand; die zweite Schalteinheit 13, die dritte Schalteinheit 14 und die vierte Schalteinheit 15 befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 2,69 wird realisiert. In einem Gang ICE 2 befindet sich die zweite Schalteinheit 13 in ihrem aktivierten Zustand; die erste Schalteinheit 12, die dritte Schalteinheit 14 und die vierte Schalteinheit 15 befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 1,47 wird realisiert. In einem Gang ICE 3 befinden sich die erste Schalteinheit 12 und die zweite Schalteinheit 13 in ihrem aktivierten Zustand; die dritte Schalteinheit 14 und die vierte Schalteinheit 15 befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 1,00 wird realisiert. In einem Gang ICE 4 befinden sich die zweite Schalteinheit 13 und die dritte Schalteinheit 14 in ihrem aktivierten Zustand; die erste Schalteinheit 12 und die vierte Schalteinheit 15 befinden sich in ihrem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von 0,72 wird realisiert.
In einem weiteren Rückwärtsgang ICE-Reverse ist das Kraftfahrzeug 2 wiederum wahlweise ausschließlich durch die Verbrennungskraftmaschine 3 oder kombiniert durch Verbrennungskraftmaschine 3 und die elektrische Maschine 4 antreibbar. In dem Rückwärtsgang ICE-Reverse befinden sind die erste Schalteinheit 12 und die vierte Schalteinheit 15 in dem aktivierten Zustand; die zweite Schalteinheit 13 und die dritte Schalteinheit 14 befinden sich in dem inaktiven Zustand; ein Übersetzungsverhältnis (Ratio) von -2,63 wird realisiert.
Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass ein Boost-Betrieb und ein Rekuperationsbetrieb zumindest in dem Gang ICE 3, dem Gang ICE 4 und dem Rückwärtsgang ICE-Reverse umsetzbar ist. Eine Lastpunktverschiebung der Verbrennungskraftmaschine 3 ist in allen Gängen des verbrennungsmotorischen Betriebsmodus und des hybriden Betriebsmodus umsetzbar.
In der zweiten Ausführungsform der 4 und 5 ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform auf die dritte Schalteinheit 14 verzichtet. Demnach ergibt sich eine reduzierte Anzahl umsetzbarer Gänge. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Gang (ein Vorwärtsgang EM 1 und ein Rückwärtsgang EM-R1) in dem rein elektromotorischen Betriebsmodus umsetzbar. Auch ist der Gang ICE 4 im rein verbrennungskraftmotorischen oder hybriden Betriebsmodus weggelassen.
In der dritten Ausführungsform der 6 und 7 ist im Vergleich zu der ersten Ausführungsform auf die vierte Schalteinheit 15 verzichtet. Demnach ergibt sich eine reduzierte Anzahl umsetzbarer Gänge. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Gang (ein Vorwärtsgang EM 2 und ein Rückwärtsgang EM-R2) in dem rein elektromotorischen Betriebsmodus umsetzbar. Auch ist der Rückwärtsgang ICE-Reverse weggelassen.
Mit der vierten Ausführungsform nach den 8 und 9 ist im Vergleich zu 1 auf die erste Schalteinheit 12 verzichtet. Demnach ergibt sich eine reduzierte Anzahl umsetzbarer Gänge. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird auf die Gänge ICE 1, ICE 3 und ICE-Reverse in dem rein verbrennungsmotorischen oder dem hybriden Betriebsmodus verzichtet.
In Verbindung mit den 10 und 11 ist die fünfte Ausführungsform veranschaulicht, das erkennen lässt, dass die zweite Schalteinheit 13 auch auf andere Weise umsetzbar ist. In dieser Ausführung ist die zweite Schalteinheit 13 als ein Freilauf 26 (FW2) ausgebildet. Die zweite Schalteinheit 13 ist somit nicht mehr drehrichtungsunabhängig, sondern in Abhängigkeit einer Relativdrehrichtung zwischen einem ersten Kupplungsbestandteil (seitens der Eingangswelle 6) und einem zweiten Kupplungsbestandteil (seitens des ersten Hohlrads 18) schaltbar. Bei einer ersten Relativdrehrichtung der beiden Kupplungsbestandteile nimmt die zweite Schalteinheit 13 selbsttätig ihren aktivierten Zustand (L) und in einer dieser ersten Relativdrehrichtung entgegengesetzten zweiten Relativdrehrichtung ihren inaktiven Zustand (UL) ein. Der weitere Aufbau entspricht dem der vierten Ausführungsform.
In der sechsten Ausführungsform der 12 und 13 ist im Vergleich zu 1 auf die zweite Schalteinheit 13 verzichtet. Im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird auf die Gänge ICE 2, ICE 3 und ICE 4 in dem rein verbrennungsmotorischen oder dem hybriden Betriebsmodus verzichtet.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein dediziertes Hybridgetriebe 1 vorgeschlagen, das folgende Elemente umfasst: Zwei Planetenradsätze 10, 11, vier Schaltelemente (zwei Bremsen und zwei Kupplungen in Form der ersten bis vierten Schalteinheiten 12, 13, 14, 15) sowie eine elektrische Maschine 4.
Mit diesen Elementen des dedizierten Hybridgetriebes 1 werden folgende Funktionen erfüllt: Zwei EVT Modi; zwei ICE-Vorwärtsgänge; zwei EM-Gänge, die vorwärts und rückwärts verwendet werden können; Laden im Stillstand; Boosten und Rekuperation in den ICE-Gängen möglich. Zudem wird keine ICE-Trennkupplung benötigt, da die erste Schalteinheit 12 und die zweite Schalteinheit 13 diese Funktion erfüllen. Die elektrische Maschine 4 kann koaxial oder achsparallel (mit Kette oder Stirnrad) angeordnet sein. Konsistente Möglichkeiten vereinfachter Ausführungen können durch Entfernen einer oder mehrerer Schalteinheiten 12, 13, 14, 15 angeboten werden.
Die Hauptmerkmale sind folglich zwei Planetenradsätze 10, 11. Jeder Planetenradsatz 10, 11 umfasst ein Sonnenrad 16, 17, einen Planetenträger 20, 23 und ein Hohlrad 18, 19. Der erste Planetenradsatz 10 umfasst zwei Stufen von Planetenrädern 21, 22; der zweite Planetenradsatz 11 umfasst eine Stufe von Planetenrädern 24. Es existieren zwei permanente Verbindungen zwischen den beiden Planetenradsätzen: erstes Sonnenrad 16 mit dem zweiten Sonnenrad 17 und erstes Hohlrad 18 mit dem zweiten Hohlrad 19. Die elektrische Maschine 4/die Rotorwelle 7 ist permanent mit dem ersten Sonnenrad 16 und somit auch mit dem zweiten Sonnenrad 17 verbunden. Der Ausgang (Abtriebswelle 8) ist permanent mit dem ersten Planetenträger 23 verbunden.
Die Kupplung/erste Schalteinheit 12 ermöglicht die Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 3/der Eingangswelle 6 und dem ersten Hohlrad 18. Die Kupplung/zweite Schalteinheit 13 ermöglicht die Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 3/der Eingangswelle 6 und dem ersten Planetenträger 20. Die Bremse/dritte Schalteinheit 14 ermöglicht die Blockierung des ersten Planetenträgers 20. Die Bremse/vierte Schalteinheit 15 ermöglicht die Blockierung des ersten Hohlrads 18.
Bezugszeichenliste

1: Hybridgetriebe
2: Kraftfahrzeug
3: Verbrennungskraftmaschine
4: elektrische Maschine
5: Antriebsachse
6: Eingangswelle
7: Rotorwelle
8: Abtriebswelle
9: Getriebeeinrichtung
10: erster Planetenradsatz
11: zweiter Planetenradsatz
12: erste Schalteinheit
13: zweite Schalteinheit
14: dritte Schalteinheit
15: vierte Schalteinheit
16: erstes Sonnenrad
17: zweites Sonnenrad
18: erstes Hohlrad
19: zweites Hohlrad
20: erster Planetenträger
21: erste Planetenräder
22: zweite Planetenräder
23: zweiter Planetenträger
24: dritte Planetenräder
25: Gehäuse
26: Freilauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2146855 B1 [0002]
JP 6331058 B2 [0002]
WO 2016/075336 A1 [0002]

Claims

Hybridgetriebe (1) für ein hybridisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2), mit einer mit einer Verbrennungskraftmaschine (3) koppelbaren Eingangswelle (6), einer mit einer elektrischen Maschine (4) koppelbaren Rotorwelle (7), einer mit einer Antriebsachse (5) koppelbaren Abtriebswelle (8), sowie einer Getriebeeinrichtung (9), welche die Eingangswelle (6) und/oder die Rotorwelle (7) mit der Abtriebswelle (8) verbindet, wobei die Getriebeeinrichtung (9) zwei Planetenradsätze (10, 11) sowie nicht mehr als vier, zum Schalten mehrerer Gänge der Getriebeeinrichtung vorgesehene Schalteinheiten (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (16) eines ersten Planetenradsatzes (10) sowohl mit der Rotorwelle (7) als auch mit einem Sonnenrad (17) eines zweiten Planetenradsatzes (11) permanent rotatorisch verbunden ist, und ein Hohlrad (18) des ersten Planetenradsatzes (10) mit einem Hohlrad (19) des zweiten Planetenradsatzes (11) permanent rotatorisch verbunden ist.
Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) über eine als Kupplung ausgebildete erste Schalteinheit (12) mit einem Planetenträger (20) des ersten Planetenradsatzes (10) koppelbar ist.
Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (6) über eine zweite Schalteinheit (13) mit dem Hohlrad (18) des ersten Planetenradsatzes (10) koppelbar ist.
Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit (13) als eine unabhängig von einer Relativdrehrichtung ihres ersten Kupplungsbestandteils zu ihrem zweiten Kupplungsbestandteil schaltbare Kupplung oder als ein abhängig von dieser Relativdrehrichtung schaltbarer Freilauf ausgebildet ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder der Planetenträger (20) des ersten Planetenradsatzes (10) über eine als Bremse ausgebildete dritte Schalteinheit (14) gehäusefest abstützbar ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (18) des ersten Planetenradsatzes (10) über eine als Bremse ausgebildete vierte Schalteinheit (15) gehäusefest abstützbar ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenträger (23) des zweiten Planetenradsatzes (11) permanent rotatorisch mit der Abtriebswelle (8) verbunden ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Rotor der elektrischen Maschine (4) verbindbarer Abschnitt der Rotorwelle (7) axial versetzt zu dem ersten Planetenradsatz (8) und dem zweiten Planetenradsatz (9) angeordnet ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei oder vier Schalteinheiten (12, 13, 14, 15) vorhanden sind.
Kraftfahrzeug (2) mit einem an einer Antriebsachse (5) eingesetzten Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.