DE102021200140A1

DE102021200140A1 - Hybrid-Getriebeanordnung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021200140A1
Application number: DE102021200140.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Martin Brehmer; Johannes Kaltenbach; Matthias Horn; Fabian Kutter; Michael Wechs; Thomas Martin; Max Bachmann; Peter Ziemer; Oliver BAYER; Juri Pawlakowitsch; Thomas Kroh; Ingo Pfannkuchen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2022-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (12) und einer auf der ersten Getriebeeingangswelle (12) gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle (14), wenigstens einer Antriebseinrichtung (EM2) und wenigstens einer Kupplung (K3) zur drehfesten Verbindung zweier Wellen (12, 14), wobei die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64) genau zwei Kupplungen (K3, K0) aufweist, wobei eine erste Kupplung (K3) als Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (7) und der zweiten Getriebeeingangswelle (9) angeordnet ist und eine zweite Kupplung (K0) zur trennbaren Kupplung eines Verbrennungsmotors an eine Getriebeeingangswelle (12, 14), insbesondere die erste Getriebeeingangswelle (12), ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung mit einer ersten Getriebeeingangswelle und einer auf der ersten Getriebeeingangswelle gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle, wobei die erste Getriebeeingangswelle mit dem Ausgang einer Kupplung zur Verbindung mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, wenigstens einem Elektromotor und einer Verbindungskupplung zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle.
Es ist bekannt, Hybrid-Getriebeanordnungen zur Senkung des CO2-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Unter einer Hybrid-Getriebeanordnung wird dabei eine Getriebeanordnung 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-Getriebeanordnung anzugeben, das für Front-Quer-Anwendungen kompaktbauend ausgestaltet ist und dabei die Möglichkeit bietet, mit einer kleinen Anzahl an Bauteilen mehrere Ausführungsformen zu erhalten.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass eine Hybrid-Getriebeanordnung der eingangs genannten Art genau zwei Kupplungen aufweist, wobei eine erste Kupplung als Verbindungskupplung zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist und eine zweite Kupplung zur trennbaren Kupplung eines Verbrennungsmotors an eine Getriebeeingangswelle, insbesondere die erste Getriebeeingangswelle, ausgebildet ist.
Die zweite Kupplung kann auch als Trennkupplung bezeichnet werden. Diese dient mit anderen Worten zur trennbaren Verbindung der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors an eine Getriebeeingangswelle.
Durch die zweite Kupplungseinrichtung, die zur trennbaren Kupplung des Verbrennungsmotors an eine der Getriebeeingangswellen vorgesehen ist, die auch als Trennkupplung K0 bezeichnet werden kann, bieten sich weitere Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die zusätzlich vorgesehene erste Kupplungseinrichtung, die als Verbindungskupplung zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle vorgesehen ist. Beispielsweise ist es somit möglich, einen Motorstart des Verbrennungsmotors über die elektrische Maschine bzw. die Antriebseinrichtung durchzuführen, auch wenn eine Differenzdrehzahl an der Trennkupplung K0 vorliegt. Ferner kann die Trennkupplung auch unter Last geöffnet werden, da die Trennkupplung bevorzugt als Reibschaltelement ausgebildet ist. Somit ist es insbesondere möglich, den Verbrennungsmotor vor einem „Abwürgen“ zu schützen, indem die Trennkupplung K0 entsprechend geöffnet und der Verbrennungsmotor somit von der Getriebeanordnung getrennt werden kann. Die als Reibschaltelement ausgebildete Trennkupplung K0 kann ferner zur Synchronisation des Verbrennungsmotors verwendet werden.
Mit anderen Worten ist es somit möglich, den Verbrennungsmotor bzw. die Verbrennungsmaschine über die Trennkupplung K0 mit einem der beiden Teilgetriebe über die erste Getriebeeingangswelle oder die zweite Getriebeeingangswelle, wobei nachfolgend die erste Getriebeeingangswelle bevorzugt wird, zu verbinden. Entsprechend ist es auch möglich, die Antriebseinrichtung bzw. die elektrische Maschine an dem anderen Teilgetriebe anzubinden.
Das Getriebe der Hybrid-Getriebeanordnung ist vorteilhafterweise als Gangwechselgetriebe ausgebildet. Es hat dann wenigstens zwei diskrete Gangstufen.
Vorteilhafterweise kann das Gangwechselgetriebe wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Teilgetriebe aufweisen. Dies ermöglicht eine erhöhte Funktionalität und bspw. Zugkraftunterstützung sowohl beim Gangwechsel, insbesondere einem verbrennungsmotorischen als auch einem elektrischen Gangwechsel.
Bevorzugt kann wenigstens eines der Teilgetriebe als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein. Insbesondere können zwei oder mehr, insbesondere genau zwei, Teilgetriebe als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein. Die Teilgetriebe haben dann wenigstens zwei Gangstufen.
Vorteilhafterweise können alle, insbesondere beide, Teilgetriebe eine gleiche Anzahl an Gangstufen aufweisen. Vorzugsweise können die Teilgetriebe genau zwei Gangstufen aufweisen. Durch die symmetrische Verteilung der Gangstufen können die geraden und ungeraden Gänge einfach zwischen den Teilgetrieben getauscht werden, ohne die Anordnung der Schalteinrichtungen verändern zu müssen.
Vorteilhafterweise weist das Gangwechselgetriebe Zahnräder und Schaltelemente auf. Die Zahnräder sind bevorzugt als Stirnräder ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Getriebe der Hybrid-Getriebeanordnung 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.
Weiterhin weist das Getriebe vorzugsweise wenigstens zwei Getriebeeingangswellen auf. Bevorzugt weist das Getriebe genau zwei Getriebeeingangswellen auf. Mit drei oder mehr Getriebeeingangswellen kann zwar eine größere Anzahl an Teilgetrieben erzeugt werden, es hat sich aber herausgestellt, dass die beschriebene Funktionalität mit bereits zwei Getriebeeingangswellen erreicht werden kann.
Vorzugsweise ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet. Unabhängig von der Ausgestaltung der ersten Getriebeeingangswelle ist die zweite Getriebeeingangswelle bevorzugt auf der ersten Getriebeeingangswelle gelagert, d.h. sie ist koaxial zu dieser angeordnet und umgreift sie. Sie ist dann eine Hohlwelle.
Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeanordnung 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 drei Wellen auf, nämlich zwei Getriebeeingangswellen 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. Ohne weitere Angaben bezieht sich ein Gang dann auf die eingesetzte Gangstufe.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die aufsteigenden Ziffern der Gangstufen wie üblich auf eine sinkende Übersetzung verweisen. Eine erste Gangstufe G1 hat eine größere Übersetzung als eine zweite Gangstufe G2, etc.
Wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor über die erste Gangstufe G1 übertragen, so wird dies als verbrennungsmotorischer Gang V1 bezeichnet. Übertragen die zweite Antriebseinrichtung und der Verbrennungsmotor gleichzeitig über die erste Gangstufe G1 Drehmoment, wird dies als hybridischer Gang H11 bezeichnet. Überträgt nur die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment über die erste Gangstufe G1 wird von einem elektrischen Gang E1 gesprochen.
Bevorzugt weist das Getriebe der Hybrid-Getriebeanordnung wenigstens drei Gangstufen oder Übersetzungsstufen auf. Die Zahnräder einer Gangstufe können in einer Radebene angeordnet sein, wenn die Gangstufe zwei Gangräder aufweist. Vorzugsweise weist das Getriebe wenigstens vier Gangstufen oder Übersetzungsstufen auf. Bevorzugt weist das Getriebe genau vier oder genau fünf Gangstufen auf.
Bevorzugt weist das Getriebe der Hybrid-Getriebeanordnung eine Radebene mehr als Gangstufen auf. Bei vier Gängen sind das fünf Radebenen. Dabei wird die Radebene zur Anbindung des Abtriebs, bspw. eines Differenzials, mitgezählt.
Bevorzugt können alle Gangstufen eines der Teilgetriebe verbrennungsmotorisch und elektrisch oder fluidisch genutzt werden. Dadurch wird eine maximale Anzahl an Gängen bei einer geringen Anzahl von Gangstufen erhalten. Insbesondere kann ausschließlich ein Teilgetriebe elektrisch oder fluidisch genutzt werden. Dies ist ausreichend um einen hybriden Betrieb zu erhalten, eine weitere Verbindung zwischen den Teilgetrieben oder eine zweite Antriebseinrichtung erhöhen vor allem den benötigten Bauraum.
Vorteilhafterweise kann die Hybrid-Getriebeanordnung 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. Dabei kann beispielsweise die erste oder zweite Gangstufe verwendet werden.
Vorzugsweise können in einer ersten Alternative auf der ersten Getriebeeingangswelle Gangzahnräder für alle geraden Gangstufen angeordnet sein. Weiterhin können bevorzugt an der zweiten Getriebeeingangswelle Gangräder aller ungeraden Gangstufen angeordnet sein. Gangräder, auch Gangzahnräder genannt, können als Festräder oder Losräder ausgebildet sein. Sie werden Gangräder genannt, weil sie einer Gangstufe zugeordnet sind.
In einer zweiten Alternative können auf der ersten Getriebeeingangswelle Gangzahnräder für alle ungeraden Gangstufen und auf der zweiten Getriebeeingangswelle Gangzahnräder für alle geraden Gangstufen angeordnet sein. Bei einer symmetrischen Anordnung der Gangstufen ist dies problemlos wechselbar.
Bevorzugt befindet sich die größte gerade Gangstufe bzw. eines der ihr zugeordneten Gangräder am axialen Ende derjenigen Getriebeeingangswelle, die eines der Gangzahnräder der größten geraden Gangstufe trägt. Bevorzugt ist die größte gerade Gangstufe die vierte Gangstufe und/oder die Getriebeeingangswelle ist die zweite Getriebeeingangswelle. Alternativ kann die Getriebeeingangswelle die erste Getriebeeingangswelle sein.
Bevorzugt befindet sich die größte ungerade Gangstufe bzw. eines der ihr zugeordneten Gangräder am axialen Ende derjenigen Getriebeeingangswelle, die eines der Gangzahnräder der größten ungeraden Gangstufe trägt. Bevorzugt ist die größte ungerade Gangstufe die dritte Gangstufe und/oder die Getriebeeingangswelle ist die erste Getriebeeingangswelle. Alternativ kann die Getriebeeingangswelle die zweite Getriebeeingangswelle sein.
In einer ersten Ausgestaltung können sich zusammenfassend gesprochen die Gangzahnräder der größten Gangstufen an den axialen Außenseiten der Wellen, insbesondere der Getriebeeingangswellen, befinden. Weist das Getriebe vier Gangstufen auf, so sind die vierte Gangstufe und die dritte Gangstufe, also deren Zahnräder, axial außen und die anderen Gangstufen und deren Zahnräder innerhalb dieser beiden Gangstufen angeordnet.
Vorzugsweise können auf der zweiten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung zur Innenseite hin die Gangräder der vierten Gangstufe und der zweiten Gangstufe angeordnet sein.
Alternativ können auf der zweiten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung zur Innenseite hin die Gangräder der dritten Gangstufe und der ersten Gangstufe angeordnet sein.
Vorzugsweise können auf der ersten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung zur Innenseite hin die Gangräder der dritten Gangstufe und der ersten Gangstufe angeordnet sein.
Alternativ können auf der ersten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung zur Innenseite hin die Gangräder der vierten Gangstufe und der zweiten Gangstufe angeordnet sein.
Vorzugsweise kann die Hybrid-Getriebeanordnung genau eine Antriebseinrichtung aufweisen. Als eine Antriebseinrichtung zählt dabei auch eine Anordnung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen, die an einer bestimmten Stelle der Hybrid-Getriebeanordnung 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.
Vorteilhafterweise kann die Antriebseinrichtung der zweiten Getriebeeingangswelle zugeordnet sein. Die über die erste Getriebeeingangswelle und die über die zweite Getriebeeingangswelle realisierten Gänge bilden jeweils ein Teilgetriebe. Man kann also auch sagen, dass dem zweiten Teilgetriebe eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeanordnung genau zwei Teilgetriebe auf. Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung auch als Generator ausgebildet. Sie ist dann sowohl als Motor als auch als Generator ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung an die größte Gangstufe des Getriebes angebunden. Alternativ kann die Antriebseinrichtung an die zweitgrößte Gangstufe des Getriebes angebunden sein. Anders formuliert kann die Antriebseinrichtung an die größte Gangstufe des Teilgetriebes angebunden, an dem sie angreift.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung an eine axial außen gelegene Gangstufe, genauer gesagt an eines der Zahnräder der Gangstufe, des Getriebes angebunden.
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. Alternativ kann auch eine Kette zur Anbindung verwendet werden. 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 axial äußeren Gangräder, die auf der Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet sind, als Festrad ausgebildet sein. Bevorzugt können beide axial äußeren Gangräder als Festräder ausgebildet sein. Die Antriebseinrichtung kann also bevorzugt in einer sogenannten P3-Anordnung, also am Getrieberadsatz, angeordnet sein.
Bevorzugt kann eine Antriebseinrichtung an die dritte Gangstufe angebunden sein.
Alternativ kann eine Antriebseinrichtung an die vierte Gangstufe angebunden sein.
Vorzugsweise kann die Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Vorwärts-Anfahren verwendet werden. Dabei kann die zweite Antriebseinrichtung vorteilhafterweise mit den Gangrädern der zweiten Gangstufe oder der ersten Gangstufe gekoppelt sein. Dann wird 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 ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Sie ist dann vorzugsweise auch achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle und 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 ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Sie ist dann vorteilhafterweise an die zweite 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-Getriebeanordnung 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 Achsen 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-Getriebeanordnung ist.
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 zweiten Getriebeeingangswelle verbunden, insbesondere an die zweite Getriebeeingangswelle angebunden, sein. Bei Anordnung der zweiten Getriebeeingangswelle derart, dass diese mittels einer Kupplung und dabei insbesondere über die erste Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, kann die zweite Antriebseinrichtung in vielen Betriebssituationen als parallele Antriebsquelle zum Verbrennungsmotor eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann die erste 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.
Grundsätzlich können zwei Antriebseinrichtungen vorgesehen sein, wobei bevorzugt jede an einem der Teilgetriebe angreift.
Vorzugsweise können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet sein. Elektromotoren sind verbreitet in Hybrid-Getriebeanordnungen.
Alternativ oder zusätzlich können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung als Fluidkraftmaschine ausgebildet sein. Es gibt neben Elektromotoren andere Kraftmaschinen, deren Einsatz in Hybrid-Getriebeanordnungen 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.
Auch wenn die Hybrid-Getriebeanordnung nur eine einzige Antriebseinrichtung aufweist kann diese vorteilhafterweise unter Last geschaltet werden. Unter einer Lastschaltung wird hier wie üblich verstanden, dass am Abtrieb der Hybrid-Getriebeanordnung während eines Gangwechsels bspw. der Antriebseinrichtung keine Zugkraftunterbrechung auftritt. Eine Verringerung des am Abtrieb vorhandenen Drehmomentes ist möglich, aber keine vollständige Unterbrechung. Die Stützung kann durch den Verbrennungsmotor oder eine später genauer beschriebene elektrische Achse erfolgen.
Dadurch kann das Kraftfahrzeug durchgehend in großen Geschwindigkeitsbereichen bspw. ausschließlich elektrisch gefahren werden, wobei die Übersetzung, also der Gang, jeweils im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment der Antriebseinrichtung optimiert gewählt sind.
Vorteilhafterweise kann die Antriebseinrichtung über maximal vier Zahneingriffe mit einem Differential wirkverbunden sein. Dadurch wird ein guter Wirkungsgrad erreicht.
Die Verbindungskupplung dient zur Kopplung der Teilgetriebe. Sie ist aber auch eine Kupplung zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor, wobei die Verbindung über die erste Getriebeeingangswelle verläuft.
Vorzugsweise kann die Verbindungskupplung am zur Außenseite weisenden Ende, insbesondere der Seite des Verbrennungsmotors, der zweiten 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 schalteinrichtungsfrei 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 die zweite Getriebeeingangswelle schalteinrichtungsfrei und/oder losradfrei ausgebildet sein. Bevorzugt kann auf der zweiten Getriebeeingangswelle wenigstens ein Festrad angeordnet sind. Insbesondere können auf der zweiten Getriebeeingangswelle wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Festräder angeordnet 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, das heißt es gibt keine Windungsgänge unter Verwendung eines Zahnrades für mehrere Gänge. Gleichwohl können die verbrennungsmotorischen Gänge zwei und vier oder eins und drei je nach Ausgestaltung wie unten beschrieben als Windungs- oder Koppelgänge angesehen werden, da die erste Getriebeeingangswelle bei der Bildung der Gänge zwischengeschaltet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Hybrid-Getriebeanordnung bzw. das Getriebe genau zwei zweiseitige Schalteinrichtungen zur Erzeugung vier verbrennungsmotorischer Gangstufen aufweisen.
Vorzugsweise kann ein Differenzial in axialer Richtung auf Höhe einer Kupplung zur Verbindung der Getriebeeingangswellen 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-Getriebeanordnung 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 zwei. Bevorzugt sind dann genau zwei Losräder und zwei Gangfesträder auf der Vorgelegewelle angeordnet. In einer zweiten Alternative können wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrichtungen angeordnet sein. Weiterhin können vorteilhafterweise genau vier Losräder auf der Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Schalteinrichtungen auf der Vorgelegewelle können vorteilhafterweise alle zweiseitig ausgebildet sein.
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-Getriebeanordnung eine Steuerungseinrichtung aufweisen. Diese ist dazu ausgebildet, das Getriebe wie beschrieben zu steuern.
Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Hybrid-Getriebeanordnung und wenigstens einer elektrischen Achse, insbesondere Hinterachse. Der Hybrid-Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeanordnung wie beschrieben ausgebildet ist. Dieser Aufbau ist bevorzugt mit einer einzigen Antriebseinrichtung in der Hybrid-Getriebeanordnung 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-Getriebeanordnung. 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-Getriebeanordnung ist bevorzugt einer anderen als der elektrischen Achse zugeordnet.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeanordnung oder einem Hybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeanordnung oder der Hybrid-Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Hybrid-Getriebeanordnung als Front-Quer-Getriebeanordnung im Kraftfahrzeug anordnet.
Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hybrid-Getriebeanordnung auf. Die Steuerungseinrichtung kann also Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 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 ein erstes Radsatzschema,
3 eine erste Schaltmatrix,
4 eine zweite Schaltmatrix,
5 ein zweites Radsatzschema,
6 eine dritte Schaltmatrix,
7 eine vierte Schaltmatrix,
8 ein drittes Radsatzschema,
9 ein viertes Radsatzschema,
10 eine fünfte Schaltmatrix,
11 eine sechste Schaltmatrix,
12 ein fünftes Radsatzschema,
13 eine siebte Schaltmatrix, und
14 eine achte Schaltmatrix.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Hybrid-Getriebeanordnung 3. Die Hybrid-Getriebeanordnung 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-Getriebeanordnung 3 ist eine Steuerungseinrichtung 4 vorhanden. Diese kann Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 3 oder des Kraftfahrzeugs 1 sein.
Der Hybrid-Antriebsstrang 5 kann neben dem Verbrennungsmotor 2 und der Hybrid-Getriebeanordnung 3 auch wenigstens eine elektrische Achse 6 aufweisen. Die elektrische Achse 6 ist bevorzugt die Hinterachse, wenn die Hybrid-Getriebeanordnung 3 als Front-Quer-Getriebe angeordnet ist und die Vorderachse 7 antreibt und umgekehrt.
2 zeigt die Hybrid-Getriebeanordnung 3 und insbesondere ihr Gangwechselgetriebe 8 in Form eines Radsatzschemas. Im Folgenden wird die Hybrid-Getriebeanordnung 3 beginnend vom Verbrennungsmotor 2 beschrieben. Die Kurbelwelle 9 kann über eine Dämpfungseinrichtung mit der ersten Getriebeeingangswelle 12 verbunden sein. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder Tilger und/oder eine Rutschkupplung umfassen. Eine zweite Getriebeeingangswelle 14 ist auf der ersten Getriebeeingangswelle 12 gelagert. Zur Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle 12 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 14 ist die Verbindungskupplung K3 als Schalteinrichtung S1 vorgesehen. Diese ist auf der Seite des Verbrennungsmotors 2 und axial außen auf der ersten Getriebeeingangswelle 12 angeordnet. Zwischen der Verbindungskupplung K3 und dem Verbrennungsmotor 2 ist eine Trennkupplung K0 angeordnet. Die Verbindungskupplung K3 kann auch als erste Kupplungseinrichtung und die Trennkupplung K0 als zweite Kopplungseinrichtung bezeichnet bzw. erachtet werden. Die Verbindungskupplung K3 kann beispielsweise als Klauenkupplung und die Trennkupplung K0 als Reibkupplung ausgebildet sein.
Auf der zweiten Getriebeeingangswelle 14 sind zwei Festräder 16 und 18 angeordnet. Dabei ist das Festrad 16 das Festrad der dritten Gangstufe G3 und das Festrad 18 das Festrad der ersten Gangstufe G1.
Die zweite Getriebeeingangswelle 14 weist zwei Enden auf, nämlich ein zur Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung 3 weisendes Ende 20 und ein zur Innenseite der Hybrid-Getriebeanordnung 3 einweisendes Ende 22. Die erste Getriebeeingangswelle 12 weist ein motorseitiges Ende 24 und ein Motor-abgewandtes Ende 26 auf, wobei hier auf die Position im Vergleich zum Verbrennungsmotor 2 referenziert ist.
Die Verbindungskupplung K3 kann die Teilgetriebe 28 und 30 verbinden. Dabei sind auf der ersten Getriebeeingangswelle noch die Festräder 32 und 34 angeordnet, wobei das Festrad 32 das Festrad der zweiten Gangstufe G2 und das Festrad 34 das Festrad der vierten Gangstufe G4 ist. Aufgrund der geraden Anzahl von Gängen ergibt sich zwischen den Teilgetrieben 28 und 30, wie später noch zu sehen sein wird, eine Symmetrieachse 36, an der die Gänge spiegelbar sind. Dabei befinden sich auf der Achse der Getriebeeingangswellen A1 die Gangzahnräder 16 und 34 der größten Gangstufen G3 und G4 axial außen. Axial innen sind dagegen die Gangstufen G1 und G2 angeordnet.
Die zweite Getriebeeingangswelle 14 ist somit schaltelementfrei und losradfrei ausgebildet. Auch die erste Getriebeeingangswelle 12 ist losradfrei ausgestaltet, allerdings ist eine Schalteinrichtung S1 auf ihr angeordnet.
Zur Verbindung mit einem Differenzial 38 und zur Bildung der Übersetzungs- oder Gangstufen weist die Hybrid-Getriebeanordnung 3 eine einzige Vorgelegewelle 40 auf. Auf der Vorgelegewelle 40 sind zwei Schalteinrichtungen S2 und S3 mit Schaltkupplungen A, B, C und D zur Verbindung der Losräder 42, 44, 46 und 48 mit der Vorgelegewelle 40 angeordnet. Die Vorgelegewelle 40 ist gangfestradfrei ausgestaltet, d. h. es befindet sich auf ihr kein Festrad einer Gangstufe. Lediglich das eine Festrad 50 zur Anbindung des Differenzials 38 ist als Festrad auf der Vorgelegewelle 40 vorgesehen. Die Zuordnung der Festräder und Losräder zu den Gangstufen ergibt sich anhand der Gangstufenzahlen G1 bis G4 unterhalb der auf der Vorgelegewelle 40 angeordneten Zahnräder.
Anhand dieses Schemas kann man folgendes zu den Gangstufen feststellen: Jeder Gangstufe G1 bis G4 sind 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. Gleichwohl können die Gangstufen gegen G1 und G3 als Koppelgänge angesehen werden, da die erste Getriebeeingangswelle 12 bei der Bildung der Gangstufen G1 und G3 zwischengeschaltet ist.
Der Elektromotor EM2 ist wie gezeigt angebunden, und zwar an das axial äußere Zahnrad 16. Dadurch ist es möglich, den Elektromotor EM2 ohne zusätzliches Zahnrad auf der Getriebeeingangswelle für 14 anzubinden, wodurch Bauraum eingespart wird. Insbesondere kann durch die Anbindung des Elektromotors EM2 an dem axial äußeren Zahnrad 16 eine axial extrem kurzbauende Hybrid-Getriebeanordnung 3 geschaffen werden. Zwischen den Zahnrädern 16 und 54 kann eine Kette oder ein weiteres Zahnrad zur Überbrückung des Abstandes verwendet werden.
Der Elektromotor EM2 bzw. seine Längsachse ist parallel zur Getriebeeingangswelle 12 angeordnet.
Durch die zweite Kupplungseinrichtung K0, die zur trennbaren Kupplung des Verbrennungsmotors 2 an eine der Getriebeeingangswellen 12, 14 vorgesehen ist, die auch als Trennkupplung K0 bezeichnet werden kann, bieten sich weitere Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die zusätzlich vorgesehene erste Kupplungseinrichtung K3, die als Verbindungskupplung K3 zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle 12 und der zweiten Getriebeeingangswelle 14 vorgesehen ist.
Beispielsweise ist es somit möglich, einen Motorstart des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine bzw. die Antriebseinrichtung EM2 durchzuführen, auch wenn eine Differenzdrehzahl an der Trennkupplung K0 vorliegt. Ferner kann die Trennkupplung K0 auch unter Last geöffnet werden, da die Trennkupplung K0 bevorzugt als Reibschaltelement ausgebildet ist. Somit ist es insbesondere möglich, den Verbrennungsmotor 2 vor einem „Abwürgen“ zu schützen, indem die Trennkupplung K0 entsprechend geöffnet und der Verbrennungsmotor 2 somit von der Hybrid-Getriebeanordnung 3 getrennt werden kann. Die als Reibschaltelement ausgebildete Trennkupplung K0 kann ferner zur Synchronisation des Verbrennungsmotors 2 verwendet werden. Die in Bezug auf die zweite Kupplungseinrichtung K0 beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungen übertragbar.
3 zeigt eine erste Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung nach 2, bei der erkennbar ist, dass vier verbrennungsmotorische Gänge V1 bis V4 realisiert sind. Im Gegensatz zu einem klassischen Doppelkupplungsgetriebe, bei dem beim Schalten der Vorwärtsgänge Kupplungen im Wechsel geöffnet und geschlossen werden, werden die ungeraden verbrennungsmotorischen Gänge V1 und V4 dadurch erreicht, dass die Kupplung K3 geschlossen ist und die geraden verbrennungsmotorischen Gänge V2 und V4 durch das Öffnen der Kupplung K3 erreicht. Ein Wechsel zwischen den Teilgetrieben findet also vorzugsweise durch das Öffnen bzw. Schließen der Kupplung K3 statt. Im Gegensatz zu klassischen Doppelkupplungsgetrieben ist also der Einsatz der Kupplung abweichend realisiert. Wie bereits auch aus 2 ersichtlich ist bei jedem der verbrennungsmotorischen Gänge genau eine der Schaltkupplungen A bis D geschlossen und im Kraftfluss. Zur Realisierung der verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge V1 bis V4 ist die zweite Kupplungseinrichtung K0 geschlossen.
4 zeigt eine zweite Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung 3 nach 2, bei der die elektrischen Gänge E1 und E2 angegeben sind. Dabei wird lediglich die zweite Getriebeeingangswelle 14 und die Schalteinrichtung S2 mit einer der Schaltkupplungen A oder C eingesetzt. Die Gangstufen G2 und G4 werden also nur verbrennungsmotorisch aber nicht elektrisch benutzt. Der Gang E2 ist also der zweite elektrische Gang, die Nomenklatur ergibt sich durch die Anlehnung an die Gangstufen G1 bis G4. Zur Realisierung der elektrischen Gänge E1, E2 sind die beiden Kupplungseinrichtungen K0, K3 geöffnet.
5 zeigt eine zu der Hybrid-Getriebeanordnung 3 nach 2 ähnliche Getriebeanordnung 56 mit einem Gangwechselgetriebe 58, wobei lediglich die Teilgetriebe 28 und 30 entlang der Symmetrieachse 36 gespiegelt wurden. Die nicht zu einem Teilgetriebe allein gehörende Kupplung K3, der Verbrennungsmotor 2, das Zahnrad 50 zur Anbindung des Differenzials 38 wie auch das Differenzial 38 wurden dabei nicht mitgespiegelt. Ebenso blieb der Elektromotor EM2 an das Gangfestrad neben der Kupplung K3 angebunden. Er ist somit an das Zahnrad 34 der Gangstufe G4 angebunden. Dabei zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile, d. h. das Festrad 16 ist weiterhin das Festrad der dritten Gangstufe G3. Zur Erläuterung des Gangwechselgetriebes 56 nach 5 wird daher auf die Beschreibung zu 2 verwiesen.
Die 6 und 7 zeigen Schaltmatrizen für das Hybrid-Getriebe 56, wobei 6 und 3 identisch sind. Dies liegt an der Spiegelung entlang der Symmetrieachse 36. In 7 gibt es allerdings einen Unterschied dahingehend, dass nunmehr elektrische Gänge E2 und E4 realisiert sind. Dies folgt daraus, dass die Position des Elektromotors EM2 nicht mitgespiegelt wurde sondern die Anbindung nunmehr am Teilgetriebe 30 mit den geraden Gangstufen G2 und G4 erfolgt.
8 zeigt eine weitere Abwandlung einer Hybrid-Getriebeanordnung 60, die sich von der Hybrid-Getriebeanordnung 3 wiederum lediglich im Gangwechselgetriebe 62 unterscheidet. Auch hier zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände an. Daher wird bezüglich der Beschreibung des Gangwechselgetriebes 62 bzw. der Hybrid-Getriebeanordnung 60 weitestgehend auf 2 verwiesen. Im Unterschied zu der Hybrid-Getriebeanordnung 3 nach 2 sind lediglich die Festräder 32 und 34 von der ersten Getriebeeingangswelle 12 auf die Vorgelegewelle 40 verlegt worden, weswegen die Losräder 46 und 48 sowie die zugehörige Schalteinrichtung S3 auf die erste Getriebeeingangswelle 12 platziert wurden.
Da die Verlegung der Fest- und Losräder des Teilgetriebes 30 keine weiteren Änderungen bewirkte gelten für die Hybrid-Getriebeanordnung 60 die Schaltmatrizen der 3 und 4.
9 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Hybrid-Getriebeanordnung 64 mit einem Gangwechselgetriebe 66. Ausgehend von einer der zuvor beschriebenen Hybrid-Getriebeanordnungen, beispielsweise nach 5, weist die Hybrid-Getriebeanordnung 64 ebenfalls einen Elektromotor mit einer Ausgangswelle 52 und einem Zahnrad 54 auf, der mit einem Festrad 34 auf der zweiten Getriebeeingangswelle 14 kämmt. Ebenso weist die Hybrid-Getriebeanordnung 64 einen Verbrennungsmotor 2 und eine Trennkupplung K0 auf, die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und der Verbindungskupplung K3 angeordnet ist. Wie zuvor beschrieben, kann die Trennkupplung K0 auch als zweite Kupplungseinrichtung und die Verbindungskupplung K3 auch als erste Kupplungseinrichtung bezeichnet bzw. erachtet werden.
Das Festrad 34 steht ferner mit einem Losrad 80 in Eingriff, das auf der Vorgelegewelle 40 angeordnet ist und einer fünften Gangstufe G5 zugeordnet ist. Das Festrad 34 steht sonach im Doppeleingriff mit dem Zahnrad 54 des Elektromotors bzw. des auf der Ausgangswelle 52 des Elektromotors EM2 angeordneten Zahnrads 54 und dem Losrad 80 auf der Vorgelegewelle 40, das dem fünften Getriebegang G5 zugeordnet ist. Das Losrad 80 kann mittels einer Schaltkupplung D mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden, sodass Drehmoment über das Abtriebszahnrad 50 an das Differenzial 38 geleitet werden kann.
Die zweite Getriebeeingangswelle 14 weist ferner ein Festrad 32 auf, das mit einem Losrad 42 in Eingriff steht, das dem dritten Getriebegang G3 zugeordnet ist. Das Losrad 42 kann mittels einer Schaltkupplung C mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden. Die Schaltkupplungen C, E können somit ein Doppelschaltelement ausbilden. Die zweite Getriebeeingangswelle 14 kann ferner ein weiteres Festrad 82 aufweisen, das mit einem Losrad 44 kämmt, das dem ersten Getriebegang G1 zugeordnet und auf der Vorgelegewelle 40 angeordnet ist. Das Losrad 44 kann mittels einer Schaltkupplung A mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden. Die Losräder 42, 44, 80 sowie die zugeordneten Gangstufen G1, G3 und G5, also die ungeraden Getriebegänge, sind einem ersten Teilgetriebe 30 zugeordnet.
Die Hybrid-Getriebeanordnung 64 weist ferner ein zweites Teilgetriebe 28 auf, das zwei Festräder 16, 18, die drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 12 verbunden sind, umfasst. Das Festrad 18 steht dabei in Eingriff mit einem Losrad 46, dem der zweite Getriebegang G2 zugeordnet ist, und das mit einer Schaltkupplung B mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden kann. Das Festrad 16 ist entsprechend mit einem Losrad 48, das dem vierten Getriebegang G4 zugeordnet ist, in Eingriff, wobei das Losrad 48 mittels der Schaltkupplung D mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden kann. Entsprechend sind dem zweiten Teilgetriebe 28 die geraden Getriebegängen G2 und G4 zugeordnet.
In der gezeigten Variante sind auf den Getriebeeingangswellen 12, 14 ausschließlich Festräder 16, 18, 32, 34, 82 angeordnet. Die Getriebeeingangswellen 12, 14 sind daher schaltkupplungsfrei in Bezug auf Gangräder ausgebildet. Einzig die Getriebeeingangswelle 12 weist eine Schaltkupplung S1 auf. Auf der Vorgelegewelle 40 sind ausschließlich Losräder angeordnet, nämlich die Losräder 42, 44, 46, 48 und 80, die über entsprechende Schaltkupplungen A-E mit der Vorgelegewelle 40 gekoppelt werden können. Die Vorgelegewelle 40 umfasst daher genau fünf Schaltkupplungen und fünf Losräder, die als Gangräder ausgebildet sind. Das Abtriebszahnrad 50 ist ausschließlich ein Abtriebsrad und daher kein Gangrad.
10 und 11, die die zugehörigen Schaltmatrizen zeigen, verdeutlichen, dass für die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge V1-V5 die Trennkupplung K0 geschlossen werden muss, und für die einzelnen Gänge wahlweise die Verbindungskupplung K3 geschlossen bzw. geöffnet vorliegen muss. Durch entsprechendes Schließen jeweils einer der Schaltkupplungen A-E können die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge V1-V5 realisiert werden. Selbstverständlich kann bei Unterstützung durch den Elektromotor EM2 auch ein hybrider Gang erreicht werden.
Die rein elektrischen Vorwärtsgänge E1, E2 und E3 bilden sich analog, wobei für ein rein elektrisches Fahren die Trennkupplung K0 und die Verbindungskupplung K3 geöffnet werden können, um die bewegte Masse in der Hybrid-Getriebeanordnung 64 zu reduzieren. Dies ermöglicht, dass der Elektromotor EM 2 über das Festrad 34 hinter den beiden Kupplungseinrichtungen K0, K3 angebunden ist. Für den ersten elektromotorischen Gang E1 wird daher die Schaltkupplung A, für den zweiten elektromotorischen Gang E2 die Schaltkupplung C und für den dritten elektromotorischen Gang E3 die Schaltkupplung E geschlossen.
In Bezug auf die Ausgestaltung der vorherigen Hybrid-Getriebeanordnungen kann die Hybrid-Getriebeanordnung 64 um einen fünften Gang G5 erweitert werden. Dieser kann beispielsweise als langer fünfter Gang realisiert werden. Dabei ist der Gang G5 wie zuvor beschrieben, dem Teilgetriebe 30 zugeordnet. Je nach Anordnung der einzelnen Schaltkupplungen A-D können vier beliebige Schaltkupplungen zu zwei Doppelschaltelementen zusammengefasst werden. Mit anderen Worten sind in dieser Ausgestaltung lediglich beispielhaft die Schaltkupplungen C und E sowie die Schaltkupplungen B und D zu Doppelschaltelementen zusammengefasst, wobei eine anderweitige beliebige Kombination ebenfalls möglich wäre.
Die Schaltkupplungen A, C und E sind bevorzugt als Klauenschaltelemente ausgeführt und können aktiv über den Elektromotor EM2 synchronisiert werden. Die Schaltkupplungen B und D und die Verbindungskupplung K3 können als synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente ausgeführt werden und können in der Regel bei offener Teilkupplung K0 betätigt werden. Die Trennkupplung K0 ist bevorzugt als reibschlüssige Trennkupplung für den Verbrennungsmotor 2 ausgebildet.
12 zeigt eine weitere Hybrid-Getriebeanordnung 68, die dem grundsätzlichen Aufbau nach der Hybrid-Getriebeanordnung 64 von 9 entspricht. Gleiche Bezugszeichen werden daher wiederum für gleiche Bauteile verwendet. Die Hybrid-Getriebeanordnung 68 weist demnach ebenfalls einen Elektromotor EM2 auf, der achsparallel zu den Getriebeeingangswellen 12, 14 angeordnet ist. Dieser ist wiederum mit einem Zahnrad 52 mit einem Festrad 34 auf der zweiten Getriebeeingangswelle 14 verbunden, welches Festrad 34 gleichzeitig mit einem Losrad 48 kämmt, das dem vierten Getriebegang G4 zugeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Getriebeeingangswelle 14 ein weiteres Festrad 32 auf, das mit einem Losrad 46 kämmt, das dem zweiten Getriebegang G2 zugeordnet ist. Über Schaltkupplungen C und A können die Losräder 48, 46 mit der Vorgelegewelle 40 verbunden werden. Die Schaltkupplungen A und C bilden ein Doppelschaltelement aus.
Abweichend von der in 9 gezeigten Ausgestaltung weist die erste Getriebeeingangswelle 12 drei Festräder 82, 16, 18 auf, die entsprechend mit Losrädern 44, 42 und 80 kämmen. Das Losrad 44 ist wiederum dem ersten Getriebegang G1, das Losrad 42 dem dritten Getriebegang G3 und das Losrad 80 dem fünften Getriebegang G5 zugeordnet. Die drei Losräder 42, 44 und 80 sind auf der Vorgelegewelle 40 angeordnet. Damit kann in diesem Ausführungsbeispiel das Losrad 44 mit einer Schaltkupplung E, das Losrads 42 mit einer Schaltkupplung B und das Losrad 80 mit einer Schaltkupplung D mit der Vorgelegewelle 40 gekoppelt werden. In dem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass die Schaltkupplungen B und D ein Doppelschaltelement ausbilden. Durch das Anordnen des Festrads 82 auf der ersten Getriebeeingangswelle 12 kann gegenüber dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel der erste Gang G1 kürzer ausgebildet werden. Selbstverständlich ist die Aufteilung der Schaltkupplungen A-E beliebig, es können weitere Anordnungen gewählt werden, sodass jeweils vier beliebige Schaltkupplungen A-E zwei Doppelschaltelemente ausbilden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel können die Schaltkupplungen A und C Klauenschaltelemente sein, da diese aktiv über den Elektromotor EM2 synchronisiert werden können. Die Schaltkupplungen B, D und E sowie die Verbindungskupplung K3 sind bevorzugt als synchronisierte, formschlüssige Schaltkupplungen bzw. Kupplungen ausgeführt, da diese in der Regel nur bei offener Trennkupplung K0 betätigt werden. Die Trennkupplung K0 kann wiederum eine reibschlüssige Trennkupplung für den Verbrennungsmotor 2 sein.
Die 13 und 14 zeigen die Schaltmatrizen für die Ausführungsform nach 12. Ersichtlich wird für die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge V1-V5 die Trennkupplung K0 stets geschlossen. Für die einzelnen verbrennungsmotorischen Gänge V1-V5 ist die Verbindungskupplung K3 entsprechend wahlweise zu öffnen oder zu schließen, wobei der erste verbrennungsmotorische Gang V1 durch Schließen der Schaltkupplung E und die weiteren verbrennungsmotorischen Gänge V 2-V5 durch jeweils einer der Schaltkupplungen A-D realisiert werden.
Die beiden elektromotorischen Gänge E1 und E2 können bei geöffneter Trennkupplung K0 und geöffneter Verbindungskupplung K3 durch wahlweises Einlegen der Schaltkupplungen A oder C realisiert werden. Selbstsverständlich sind hybride Gänge möglich, in denen der Elektromotor EM2 den Verbrennungsmotor 2 unterstützt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verbrennungsmotor
3: Hybrid-Getriebeanordnung
4: Steuerungseinrichtung
5: Hybrid-Antriebsstrang
6: elektrische Achse
7: Vorderachse
8: Gangwechselgetriebe
9: Kurbelwelle
12: erste Getriebeeingangswelle
14: zweite Getriebeeingangswelle
16: Festrad
18: Festrad
20: Ende
22: Ende
24: Ende
26: Ende
28: Teilgetriebe
30: Teilgetriebe
32: Festrad
34: Festrad
36: Symmetrieachse
38: Differenzial
40: Vorgelegewelle
42: Losrad
44: Losrad
46: Losrad
48: Losrad
50: Festrad
52: Ausgangswelle
54: Zahnrad
56: Hybrid-Getriebeanordnung
58: Gangwechselgetriebe
60: Hybrid-Getriebeanordnung
62: Gangwechselgetriebe
64: Hybrid-Getriebeanordnung
66: Gangwechselgetriebe
68: Hybrid-Getriebeanordnung
70: Gangwechselgetriebe
80: Losrad
82: Festrad
K3: erste Kupplungseinrichtung
K0: zweite Kupplungseinrichtung
S1: Schalteinrichtung
S2: Schalteinrichtung
S3: Schalteinrichtung
A: Schaltkupplung
B: Schaltkupplung
C: Schaltkupplung
D: Schaltkupplung
E: Schaltkupplung
EM2: Elektromotor
A1: Achse
A2: Achse
A3: Achse
A4: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011005451 A1 [0002]

Claims

Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (12) und einer auf der ersten Getriebeeingangswelle (12) gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle (14), wenigstens einer Antriebseinrichtung (EM2) und wenigstens einer Kupplung (K3) zur drehfesten Verbindung zweier Wellen (12, 14), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64) genau zwei Kupplungen (K3, K0) aufweist, wobei eine erste Kupplung (K3) als Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (12) und der zweiten Getriebeeingangswelle (14) angeordnet ist und eine zweite Kupplung (K0) zur trennbaren Kupplung eines Verbrennungsmotors (2) an eine Getriebeeingangswelle (12, 14), insbesondere die erste Getriebeeingangswelle (12), ausgebildet ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebeeingangswelle (14) ein zur Außenseite der Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) weisendes Ende (20) und ein zur Innenseite der Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) weisendes Ende (22) aufweist und die Verbindungskupplung (K3) am zur Außenseite weisenden Ende (20) der zweiten Getriebeeingangswelle (14) angeordnet ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) an einer zu einem Verbrennungsmotor (2) weisenden Seite angeordnet ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) als Einzelschaltelement (S1) angeordnet ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (K0) als Lamellenschaltelement ausgeführt ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der, bevorzugt alle, Kupplungen (K3) und Schaltkupplungen (A, B, C, D) als Klauenkupplungen ausgebildet sind.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich der zweiten Getriebeeingangswelle (14) wenigstens eine, insbesondere genau eine, Antriebseinrichtung (EM2) zugeordnet ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) genau zwei zweiseitige Schalteinrichtungen (S2, S3) zur Erzeugung vier verbrennungsmotorischer Gänge (V1, V2, V3, V4) aufweist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) auf der ersten Getriebeeingangswelle (12) gelagert ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (12) und/oder die zweite Getriebeeingangswelle (14) schaltkupplungsfrei ausgebildet sind.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) wenigstens eine, insbesondere genau eine, Vorgelegewelle (40) aufweist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorgelegewelle (40) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrichtungen (S2, S3) angeordnet sind.
Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (12) über eine Dämpfungseinrichtung (10), insbesondere über die zweite Kupplung (K0) und eine Dämpfungseinrichtung (10), direkt mit einer Kurbelwelle (9) eines Verbrennungsmotors (2) verbunden oder verbindbar ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Antriebseinrichtung (EM2) an ein Gangzahnrad (16), insbesondere ein Festrad (16), angebunden ist.
Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der axial äußeren Gangräder (16, 34), die auf der Achse (A1) der ersten und zweiten Getriebeeingangswelle (12, 14) angeordnet sind, als Festrad ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Hybrid-Getriebeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3, 56, 60, 64, 68) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.