DE102004050757A1

DE102004050757A1 - Satz von Getrieben und Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe

Info

Publication number: DE102004050757A1
Application number: DE102004050757A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Lang; Heinrich Dipl.-Ing. Straub
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-10-16
Filing date: 2004-10-16
Publication date: 2006-04-27
Also published as: US7798030B2; JP2008516827A; WO2006040150A1; US20080000312A1; JP4426624B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für Doppelkupplungsgetriebe, die alternativ mit oder ohne Hybridfunktion ausgestattet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung frontgetriebene Fahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft einen Satz von Getrieben und ein Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe.

Aus der DE 198 59 458 ist bereits ein Doppelkupplungsgetriebe bekannt, bei welchem ein Elektromotor parallel versetzt zu einer Hauptwelle des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein besonders kompakt bauendes Doppelkupplungsgetriebe zu schaffen, welches mit geringem baulichen Änderungsaufwand zu einem Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe wandelbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung ist es möglich, auf der selben Fertigungsstrasse einfache Doppelkupplungsgetriebe und Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe zu fertigen. Dabei bildet das einfache Doppelkupplungsgetriebe das Grundgetriebe für das Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe. Es ist somit ein Baukastensystem für Getriebe vorhanden.
Die Doppelkupplungsgetriebe können sowohl mit als auch ohne Hybridzusatz insbesondere für Fronttriebler verbaut sein. So ist eine Getriebeanordnung für Front-quer-Antriebe und Front- längs-Antriebe vorteilhaft. So können Fahrzeuge mit Frontantrieb aufgrund der üblicherweise vorne angeordneten Lenkung ohnehin nur ein geringes Drehmoment übertragen, so dass die derzeitig noch nicht mit einer hohen Drehmomentübertragungskapazität ausgeführten Doppelkupplungen hier vorteilhaft eingesetzt werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe finden in besonders vorteilhafter Weise als Doppelkupplung nasse Lamellenkupplungen Anwendung, wie diese beispielsweise aus der DE 19821164 A1 bekannt sind. Diese nassen Lamellenkupplungen können dabei in besonders vorteilhafter Weise mit einem Ölkühler versehen sein. Dieser Ölkühler kühlt während Anfahrvorgängen hauptsächlich die thermisch hoch belastete Doppelkupplung. Nach den Anfahrvorgängen kühlt der auf eine starke Kühlleistung für das Anfahren ausgelegte Ölkühler vorrangig den Elektromotor. Dabei kann das Kühlöl für die Lamellenkupplung und den Elektromotor in besonders vorteilhafter Weise in den Ölkreislauf des Grundgetriebes integriert sein. Somit kann in ein Wärmemanagement des Grundgetriebes die Abwärme des Elektromotors bzw. die Reibleistung aus den Anfahrvorgängen eingebunden sein, so dass das Grundgetriebe sehr frühzeitig die Betriebstemperatur erreicht, so dass das demzufolge hinsichtlich der Viskosität frühzeitig abnehmende – d.h. dünnflüssig werdende – Kühlöl frühzeitig einen hohen Wirkungsgrad des Hybrid-Doppelkupplungsgetriebes sicherstellt.
Beim Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe kann

– der Elektromotor und
– eine Übersetzungsstufe, welche die Leistung vom Elektromotor in das Grundgetriebe einspeist bzw. in Generatorfunktion des Elektromotors beim Bremsbetrieb wieder aufnimmt

– der Elektromotor für die Hybridfunktion,
– dessen Leistungselektronik und
– die Übersetzungsstufe

Das erfindungsgemäße Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe ist in besonders vorteilhafter Weise ohne Bauraumverlängerung gegenüber dem Doppelkupplungsgetriebe ohne Hybridfunktion ausführbar, so dass eine einheitliches Bauraumausnutzung des Motorraums möglich ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Hybrid-Doppelkupplungsgetriebes können sämtliche kundenrelevanten Anforderungen verwirklicht werden. So ist die rein elektromotorische Fahrt ohne verbrennungsmotorischen Antrieb möglich. Ferner ist der Boost-Betrieb möglich, in dem ein zusätzliches Drehmoment vom batteriebetriebenen Elektromotor in den vom Verbrennungsmotor kommenden Leistungsfluss eingespeist wird. Somit steht dem Fahrer im Boost-Betrieb für Überhohlvorgänge oder schnelle Anfahrvorgänge ausreichend Potential zur Verfügung.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die parallele Anordnung der Vorgelegewellen. Gegenüber koaxialen Getriebekonzepten, bei welchen die beiden Vorgelgewellen als Hohlwelle und Innenwelle ausgeführt sind, kann das Getriebe axial kürzer ausgeführt sein. Ferner sind die Anforderungen an die Wälzlagerungen geringer.
Die Übersetzungsstufe, welche das Drehmoment vom Elektromotor in das Doppelkupplungsgrundgetriebe einspeist, kann in besonders vorteilhafter Weise als axial vorderster oder hinterster Radsatz ausgeführt sein. Durch diese Anordnung an einem der Getriebeenden wird das vom Elektromotor bzw. über die Übersetzungstufe eingeleitete Drehmoment nahe den Lagerungen der Getriebewellen abgestützt, die sich an den Wellenenden befinden und die Getriebewellen im Getriebegehäuse rotierbar aufnehmen. Eine der Lagerungen kann in besonders vorteilhafter Weise axial zwischen

– den Radsätzen des Grundgetriebes und
– der Doppelkupplung

In besonders vorteilhafter Weise ist mittels des Elektromotors in der Funktion eines Generators Bremsenergie in einen Energiespeicher einspeisbar. Diese Einspeisung wird auch als Rekuperation bezeichnet. Der Energiespeicher kann insbesondere eine Batterie, ein Superkondensator oder eine Brennstoffzelle sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen des Grundgetriebes ohne Hybridfunktion und drei aufeinander folgenden Ausführungsbeispielen mit Hybridfunktion dargestellt.
Dabei zeigen:
1 ein Doppelkupplungsgetriebe ohne Hybridfunktion,
2 ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, welches größtenteils Gleichteile zum Doppelkupplungsgetriebe gemäß 1 aufweist, wobei ein Elektromotor über zwei separate Kupplungen alternativ oder gleichzeitig in den Leistungsfluss beider Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes einkuppelbar ist,
3 ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, welches größtenteils Gleichteile zum Doppelkupplungsgetriebe gemäß 1 und 2 aufweist, wobei ein Elektromotor mittels einer Kupplung ausschließlich in das eine Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes einkuppelbar ist,
4 ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, welches größtenteils Gleichteile zum Doppelkupplungsgetriebe gemäß 1, 2 und 3 aufweist, wobei ein Elektromotor fest in ein Teilgetriebe eingebunden ist.
1 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe ohne Hybridfunktion. Dieses Doppelkupplungsgetriebe wird auch als Grundgetriebe bezeichnet.
Eine eingangsseitige Kupplungshälfte 7 einer Doppelkupplung 10 ist mit einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor verbunden. Diese eingangsseitige Kupplungshälfte 7 ist alternativ mit jeweils einer weiteren Kupplungshälfte 8 bzw. 9 von zwei Reibungskupplungen der Doppelkupplung 10 koppelbar.
Die axial vom Verbrennungsmotor weiter weg stehende eine ausgangsseitige Kupplungshälfte 9 ist drehfest mit einer Hohlwelle 12 verbunden.
Die andere ausgangsseitige Kupplungshälfte 8 ist drehfest mit einer Innenwelle 11 verbunden, welche sich koaxial durch die zweite ausgangsseitige Kupplungshälfte 9 und die Hohlwelle 12 hindurch erstreckt und am anderen Ende in dem Getriebegehäuse wälzgelagert aufgenommen wird. Dabei erstreckt sich die Innenwelle 11 hälftig durch die Hohlwelle 12 und ragt hälftig über die Hohlwelle 12 hinaus.
Parallel versetzt zu der Hohlwelle 12 und der Innenwelle 11 liegen drei Vorgelegewellen 27, 23, 24, von denen eine Vorgelegewelle 27 dem Rückwärtsgang R zugeordnet ist. Die beiden den sechs Vorwärtsgängen 1, 2, 3, 4, 5, 6 zugeordneten Vorgelegewellen 23, 24 weisen an deren vorderstem Ende jeweils ein Antriebsritzel 18, 26 für ein Vorderachsdifferential 20 auf. Dabei kämmen die beiden Antriebsritzel 18, 26 mit einem Antriebsrad 19 des Vorderachsdifferentials 20.
Unmittelbar hinter den beiden in einer Ebene liegenden Antriebsritzeln 18, 26 liegen drei Zahnräder in einer Zahnradebene, von denen ein großen Zahnrad als Festrad 15 ausgeführt ist, welches mit zwei Losrädern 16, 25 kämmt, die jeweils auf einer der beiden Vorgelegewellen 23, 24 angeordnet sind. Die beiden Losräder 16, 25 sind jeweils mittels einer Gangwechselkupplung 17, 22 drehfest mit der jeweiligen Vorgelegewelle 23, 24 koppelbar.
Wird die in 1 oben dargestellte Gangwechselkupplung 1? nach vorne verschoben, so wird die obere Vorgelegewelle 23 drehfest mit dem oberen Losrad 16 verbunden, so dass der sechste – d.h. höchste – Vorwärtsgang 6 eingelegt ist. Dabei ist die Reibungskupplung K2 eingerückt und die Reibungskupplung K1 ausgerückt. Die Antriebsleistung wird somit vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K2,
– die Hohlwelle 12,
– das Festrad 15,
– das über die Gangwechselkupplung 17 drehfest gekoppelte Losrad 16,
– das Antriebsritzel 18,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

21

Wird hingegen die in 1 unten dargestellte Gangwechselkupplung 22 nach vorne verschoben, so wird die untere Vorgelegewelle 24 drehfest mit dem unteren Losrad 25 verbunden, so dass der vierte Vorwärtsgang 4 eingelegt ist. Dabei ist ebenfalls die Reibungskupplung K2 eingerückt und die Reibungskupplung K1 ausgerückt. Die Antriebsleistung wird somit vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K2,
– die Hohlwelle 12,
– das Festrad 15,
– das über die Gangwechselkupplung 22 drehfest gekoppelte Losrad 25,
– das Antriebsritzel 26,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

21

Axial hinter diesen beiden Gangwechselkupplungen 17, 22 liegt eine weitere Zahnradebene, die den besagten Rückwärtsgang R und einen zweiten Vorwärtsgang 2 aufweist. In dieser Zahnradebene befinden sich Zahnräder von sämtlichen drei Vorgelegewellen 23, 24, 27 und der Hohlwelle 12. Diese Hohlwelle 12 endet in dieser Zahnradebene. An diesem Ende ist die Hohlwelle 12 drehfest mit einem Festrad 28 verbunden, welches mit einem Losrad 29 aus der unteren Vorgelegewelle 24 kämmt. Wird die untere Gangwechselkupplung 22 axial nach hinten verschoben, so stellt sie eine drehfeste Verbindung zwischen der Vorgelgewelle 24 und dem Losrad 29 her, so dass die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors

– über die Reibungskupplung K2,
– die Hohlwelle 12,
– das Festrad 28,
– das über die Gangwechselkupplung 22 drehfest gekoppelte Losrad 29,
– die Vorgelegewelle 24,
– das Antriebsritzel 26,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

21

Zwei in dieser Zahnradebene liegende Zahnräder sind dem Rückwärtsgang R zugeordnet und kämmen

– miteinander und
– mit keinem der übrigen Zahnräder der Zahnradebene.

Das eine Zahnrad ist ein Losrad der oberen Vorgelegewelle 23 und das andere Zahnrad ist ein Festrad 30 der dem Rückwärtsgang R zugeordneten Vorgelegewelle 27. Diese Vorgelegewelle 27 trägt mit einem Axialzwischenraum beabstandet hinter dem Festrad 30 ein weiteres Festrad 31, welches mit einem Festrad 32 auf der Innenwelle 11 kämmt. In der Zahnradebene dieser beiden Festräder 31, 32 liegt auch das Losrad 33, welches drehbar auf der unteren Vorgelegewelle 24 angeordnet ist und mittels einer Gangwechselkupplung 34 mit der Vorgelegewelle 24 drehfest koppelbar ist.
Wird diese drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 33 und der Vorgelegewelle 24 hergestellt, so ist der erste Vorwärtsgang 1 eingelegt. Im ersten Vorwärtsgang 1 wird eine Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K1,
– die Innenwelle 11,
– das Festrad 32,
– das über die Gangwechselkupplung 34 drehfest gekoppelte Losrad 33,
– die Vorgelegewelle 24,
– das Antriebsritzel 26,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

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Wird hingegen die Gangwechselkupplung 17 nach hinten verschoben, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 35 und der oberen Vorgelegewelle 23 hergestellt ist, so ist der Rückwärtsgang R eingelegt und eine Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K1,
– die Innenwelle 11,
– das Festrad 32,
– das mit letzterem kämmende Festrad 31,
– die Vorgelegewelle 27,
– das Festrad 30,
– das über die Gangwechselkupplung 17 drehfest gekoppelte Losrad 35,
– die Vorgelegewelle 23,
– das Antriebsritzel 18,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

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In dem besagten Axialzwischenraum liegt eine dem dritten Vorwärtsgang 3 zugeordnete Zahnradebene. Diese Zahnradebene umfasst zwei miteinander kämmende Zahnräder, von denen eines als Festrad 36 im Austrittsbereich 37 der Innenwelle 11 drehfest mit der Innenwelle 11 verbunden ist, wohingegen das andere als Losrad 38 über die Gangwechselkupplung 34 drehfest mit der Vorgelegewelle 24 koppelbar ist. Wird diese drehfeste Verbindung hergestellt, so ist der dritte Vorwärtsgang 3 eingelegt, so dass eine Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K1,
– die Innenwelle 11,
– das Festrad 36,
– das über die Gangwechselkupplung 34 drehfest gekoppelte Losrad 38,
– die Vorgelegewelle 24,
– das Antriebsritzel 26,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

21

Die axial hinterste Zahnradebene umfasst zwei Zahnräder, von denen das eine als mit der Innenwelle 11 verbundenes Festrad 42 und das andere als mit der Vorgelegewelle 23 über eine separate Gangwechselkupplung 40 koppelbares Losrad 41 ausgeführt ist. Wird dieses Losrad 41 mit der Vorgelegewelle 23 gekoppelt, so ist der fünfte Vorwärtsgang 5 eingelegt, so dass eine Antriebsleistung vom Verbrennungsmotor

– über die Reibungskupplung K1,
– die Innenwelle 11,
– das Festrad 42,
– das über die Gangwechselkupplung 40 drehfest gekoppelte Losrad 41,
– die Vorgelegewelle 23,
– das Antriebsritzel 18,
– das Antriebszahnrad 19 und
– das Vorderachsdifferential 20

21

Die Innenwelle 11 ist einerseits in nicht näher dargestellter Weise innerhalb der Hohlwelle 12 wälzgelagert. Andererseits ist die Innenwelle 11 an deren hinterem Ende axial unmittelbar benachbart zum Zahnrad 42 der Übersetzungsstufe des Elektromotors in dem Getriebegehäuse 99 wälzgelagert.
Die Hohlwelle 12 ist neben der besagten Wälzlagerung gegenüber der Innenwelle 11 ferner in einer Trennwand 98 wälzgelagert. Diese Trennwand 98 ist bewegungsfest mit dem Getriebegehäuse 99 verbunden und axial zwischen der Doppelkupplung 10 und den Radsätzen des Grundgetriebes angeordnet. Der Trennwand 98 schließt sich in die axial auf den Verbrennungsmotor weisende Richtung die Kupplungsglocke an.
Die eingangsseitige Kupplungshälfte 7 der Doppelkupplung ist bewegungsfest mit dem besagten Verbrennungsmotor verbunden und weist an deren Außenumfang einen großen Zahnkranz 97 auf, der in einem vom Durchmesser wesentliche kleineres Zahnrad 96 eingreift, das mit einem Anlassermotor M verbunden ist.
2 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, welches zusätzlich eine Elektromotoreneinheit 100 aufweist. Die dem Rückwärtsgang zugeordnete Vorgelegewelle 27 aus 1 und die obere Vorgelegewelle 23 sind zur besseren Übersicht nicht zeichnerisch dargestellt. Das Grundgetriebe ist somit identisch 1 ausgestaltet. Die Gleichteile sind demzufolge auch mit den selben Bezugsziffern versehen, wie in 1.
Die Elektromotoreneinheit 100 umfasst

– einen Elektromotor 112,
– zwei separate Kupplungen 102, 103,
– zwei Vorgelegewellen 104, 105 und
– zwei Festräder 106, 107,

112

101

113

Die Elektromotoreneinheit 100 erstreckt sich axial von der Zahnradebene des vierten Vorwärtsganges 4 und des sechsten Vorwärtsganges 6 bis zur axial hintersten Zahnradebene, wobei diese dem fünften Vorwärtsgang 5 zugeordnet ist. Die axial äußeren Begrenzungen der Elektromotoreneinheit 100 werden von den beiden Festrädern 106, 107 gebildet. Das vordere Festrad 106 kämmt mit dem vorderen Festrad 15 auf der Hohlwelle 12. Das hintere Festrad 107 kämmt mit dem hintersten Festrad 42 auf der Innenwelle 11.
Die einander zugewandten Enden der beiden Vorgelegewellen 104, 105 sind jeweils drehfest mit einer der beiden Kupplungshälften 108, 109 verbunden. Die beiden mit diesen beiden Kupplungshälften 108, 109 reibschlüssig kuppelbaren zweiten Kupplungshälften 110, 111 sind drehfest miteinander verbunden und bilden den rotierenden Anker 113 des Elektromotors 112.
Axial zwischen den beiden Vorgelegewellen 104, 105 liegt eine Aussteifung 115 des Ankers 113.
Die sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 und der Rückwärtsgang R sind identisch dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ausgestaltet und werden mit den beiden Kupplungen K1, K2 bzw. den vier Gangwechselkupplungen 22, 34, 17, 40 identisch geschaltet.
Wird die erste Kupplung 103 der Elektromotoreneinheit 100 eingerückt, so ist ein Drehmoment zwischen dem Anker 113 und der zweiten Reibungskupplung K2 übertragbar, wobei im Leistungsfluss dazwischen die eine Übersetzungsstufe 93 liegt, der das Festrad 15 des sechsten Vorwärtsganges 6 zugehörig ist. Je nachdem, ob bei eingerückter Reibungskupplung K2 die Leistung von der Elektromotoreneinheit 100 kommt oder in die Elektromotoreneinheit 100 fließt, wird Leistung in den Antriebsstrang eingespeist oder Leistung aus dem Antriebsstrang zum Aufladen einer Batterie entnommen.
Wird die zweite Kupplung 102 der Elektromotoreneinheit 100 eingerückt, so ist ein Drehmoment zwischen dem Anker 113 und der ersten Reibungskupplung K1 übertragbar, wobei im Leistungsfluss dazwischen die andere Übersetzungsstufe 94 liegt, der das Festrad 42 des fünften Vorwärtsganges 5 zugehörig ist. Je nachdem, ob bei eingerückter Reibungskupplung K1 die Leistung von der Elektromotoreneinheit 100 kommt oder in die Elektromotoreneinheit 100 fließt, wird Leistung in den Antriebsstrang eingespeist oder Leistung aus dem Antriebsstrang zum Aufladen einer Batterie entnommen.
Demzufolge ist beiden Teilgetrieben des Doppelkupplungsgetriebes eine Kupplung 102 bzw. 103 der Elektromotoreneinheit 100 zugeordnet.
3 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, dessen Elektromotoreneinheit 100 im Gegensatz zum Doppelkupplungsgetriebe gemäß 2 ausschließlich eine einzige Kupplung 102 für die Elektromotoreneinheit 100 aufweist. Die dem Rückwärtsgang zugeordnete Vorgelegewelle 27 aus 1 und die obere Vorgelegewelle 23 sind zur besseren Übersicht nicht zeichnerisch dargestellt. Das Grundgetriebe ist somit identisch 1 ausgestaltet. Die Gleichteile sind demzufolge auch mit den selben Bezugsziffern versehen, wie in 1. Ebenso wurden für prinzipiell dem zweiten Ausführungsbeispiel 2 gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern vergeben.
Mittels der Kupplung 102 ist ein rotierender Anker 113 eines Elektromotors 112 mit einem Festrad 107 koppelbar, welches drehfest mit einer Vorgelegewelle 104 verbunden ist. Dieses Festrad 107 kämmt mit einem hintersten Festrad 42 auf einer Innenwelle 11. Damit ist ein Drehmoment vom Elektromotor 122 direkt nur in das eine Teilgetriebe einspeisbar. Analog ist ein Drehmoment direkt nur von dem einen Teilgetriebe in den als Generator genutzten Elektromotor 122 einspeisbar. Der Elektromotor kann zur Vermeidung eines den Wirkungsgrad in bestimmten Fahrsituationen verschlechternden Schleppmomentes mittels der Kupplung 102 abgekoppelt werden.
4 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe mit Hybridfunktion, dessen Elektromotoreneinheit 100 im Gegensatz zum Doppelkupplungsgetriebe gemäß 3 keine Kupplung für die Elektromotoreneinheit 100 aufweist. Die dem Rückwärtsgang zugeordnete Vorgelegewelle 27 aus 1 und die obere Vorgelegewelle 23 sind zur besseren Übersicht nicht zeichnerisch dargestellt. Das Grundgetriebe ist somit identisch 1 ausgestaltet. Die Gleichteile sind demzufolge auch mit den selben Bezugsziffern versehen, wie in 1. Ebenso wurden für prinzipiell dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel 2 und 3 gleiche Bauteile gleiche Bezugsziffern vergeben.
Ein rotierender Anker 113 eines Elektromotors 112 ist mit einem Festrad 107 permanent drehfest verbunden. Das Festrad 107 ist drehfest mit einer Vorgelegewelle 104 verbunden. Dieses Festrad 107 kämmt mit einem hintersten Festrad 42 auf einer Innenwelle 11. Damit ist ein Drehmoment vom Elektromotor 122 direkt nur in das eine Teilgetriebe einspeisbar. Analog ist ein Drehmoment direkt nur von dem einen Teilgetriebe in den als Generator genutzten Elektromotor 122 einspeisbar. Zur Verringerung einer wirkungsgradverschlechtenden permanent vorhandenen Schleppleistung findet ein reibungsoptimierter Elektromotor 112 Anwendung, der auch alternativ oder zusätzlich mit einem Freilauf ausgestattet sein kann.
Mit den Hybridgetriebeaufbauten gemäß 2, 3 und 4 ist es möglich, ausschließlich mit der Elektromotoreneinheit 100 – d.h. ohne verbrennungsmotorischen Betrieb – anzufahren. Ebenso ist es möglich ausschließlich mit der Elektromotoreneinheit 100 – d.h. ohne verbrennungsmotorischen Betrieb – zu fahren. Somit ist auch ein Start/Stopp ohne Zeitverzug möglich. D.h. der betriebswarme Verbrennungsmotor kann im Stillstand des Kraftfahrzeuges beispielsweise an der roten Ampel automatisiert stillgesetzt werden, wobei bei der anschließenden Leistungsanforderung durch den Fahrer das Fahrzeug sofort mittels Elektromotoreneinheit 100 betrieben wird und erst in der Fahrt der betriebswarme Verbrennungsmotor mit oder ohne Zuhilfenahme des Anlassermotors angelassen wird.
Insbesondere für den Kaltstart von hoch verdichtenden Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, kann für sämtliche Ausführungsbeispiele des Hybridantriebs gemäß 2 bis 4 der zusätzliche achsversetzte Anlassermotor M notwendig sein, dessen Übersetzungsverhältnis ein sicheres Anlassen gewährleistet.
Mit den Hybridgetriebeaufbauten gemäß 2, 3 und 4 ist es ferner möglich, zwischen zwei Gängen, welche dem selben Teilgetriebe bzw. der selben Vorgelegewelle 23 oder 24 zugeordnet sind, zugkraftunterbrechungsfrei zu schalten. Bei dem beispielhaft dargestellten Doppelkupplungsgetriebe gemäß 1 bis 4 sind die Vorwärtsgänge 1, 3, 5 dem einen Teilgetriebe zugeordnet und die Vorwärtsgänge 2, 4, 6 dem anderen Teilgetriebe zugeordnet. Damit ist ein sequentieller zugkraftunterbrechungsfreier Gangwechsel zwischen zwei benachbarten Gängen auch ohne Elektromotor 112 schon alleine aufgrund des Doppelkupplungsgetriebeprinzipes mittels Gangvorwahl und Überschneidungssteuerung der beiden Reibungskupplungen K1 und K2 möglich. Bei diesen sequentiellen Gangwechseln kann der Elektromotor jedoch auch zusätzlich sowohl mittels Leistungsabnahme als auch mittels Leistungsaufnahme schaltungsglättend eingreifen.
Der Verzicht auf eine bzw. zwei Kupplungen gemäß 3 bzw. 4 stellt den Vorteilen der Kostengünstigkeit, Kompaktheit und der Leichtigkeit des Aggregates den Nachteil eines verringerten Funktionsumfanges gegenüber.
Beim Hybridgetriebe gemäß 2 ist der Elektromotor 112 in jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 6 und dem Rückwärtsgang R in den Leistungsfluss einbindbar.
Bei den Hybridgetrieben gemäß 3 und 4 ist der Elektromotor 112 in jedem der geraden Vorwärtsgänge 2, 4 und 6 indirekt in den Leistungsfluss einbindbar.
Beim Einlegen der beiden dem einen Teilgetriebe zugeordneten Schaltelemente 17 und 22 wird beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Kupplung 103 des Elektromotors 112 ausgerückt, um die beiden Schaltelemente 17 und 22 nicht mit dem Schleppmoment des Elektromotors 112 zu belasten.
Beim Einlegen der beiden Schaltelemente 34 und 40 wird beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Kupplung 102 des Elektromotors 112 ausgerückt, um die beiden Schaltelemente 34 und 40 nicht mit dem Schleppmoment des Elektromotors 112 zu belasten.
Alternativ zum Ausrücken der Kupplung 102 bzw. 103 kann der Elektromotor schaltungsglättend eingreifen, indem Leistung eingespeist oder aufgenommen wird, je nachdem ob hochgeschaltet oder rückgeschaltet wird.
Die Schaltelemente können sowohl als Synchronringe oder als rein formschlüssige Schaltklauen ausgeführt sein. Bei der Verwendung von Synchronringen als Schaltelemente können die Reibkegel mit den vorgenannten Verfahren entlastet werden und somit eine hohe Lebensdauer auch von Einkonussynchronisierungen sichergestellt werden. Bei der Verwendung von Schaltklauen als Schaltelemente können mit dem vorgenannten schaltungsglättenden Verfahren geringe Schaltschläge beim Einrücken der Schaltklauen sichergestellt werden.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Drehfestigkeit zwischen der Hohlwelle 12 und der Kupplungshälfte 9 bzw. zwischen der Innenwelle 11 und der Kupplungshälfte 8 kann auch mittels eines Torsionsschwinungsdämpfers verwirklicht sein. Dieser lässt eine begrenzte Drehbeweglichkeit zu.
Auch die Kupplungen 102, 103 für den Elektromotor 112 können einen solchen Torsionsdämpfer aufweisen.
Das Vorderachsdifferential kann als Antriebszahnrad auch ein kegeliges Zahnrad aufweisen, wie dies von front-längs-getriebenen Fahrzeugen bekannt ist. Ebenso kann das Vorderachsdifferential ein Stirnrad aufweisen, wie dies von front-quer-getriebenen Fahrzeugen bekannt ist.
Die beiden auf den den Vorwärtsgängen zugeordneten Vorgelegewellen liegenden Antriebsritzel können sowohl gleichen als auch unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Anlassermotor zum Anlassen des Verbrennungsmotors und der Elektromotor für den Hybridantrieb derart dimensioniert, dass der Verbrennungsmotor insbesondere im kalten Zustand ausschließlich mit beiden Elektromotoren angelassen werden kann. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine kleine und leichte Dimensionierung des Anlassermotors bei Kostenvorteilen.
Die Kupplungen 102, 103 des Elektromotors in 2 bis 4 sind nur exemplarisch mit Kupplungsscheiben 108, 109 versehen. Die Kupplungen können beispielsweise

– als Trockenkupplung,
– als trockene oder nasse Lamellenkupplung,
– ähnlich einer Synchronisiereinrichtung,
– als formschlüssige Klauenkupplung oder
– als Magnetpulverkupplung

Die Anordnung des Hybrid-Elektromotors parallel zu den Vorgelegewellen und Hauptwellen – d.h. Innenwelle und Hohlwelle – des Hybrid-Doppelkupplungsgetriebes ist hinsichtlich des Wirkungsgrades besonders günstig und ermöglicht eine kompakte Bauweise. Ebenso sind jedoch aber auch andere Anordnungen denkbar, wie beispielsweise ein senkrechte Anordnung mit Kegeltrieb.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Satz von Getrieben mit einem Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe und einem Doppelkupplungsgetriebe ohne Hybridfunktion, wobei eine Antriebsleistung alternativ über zwei parallel beabstandet zueinander angeordnete Vorgelegewellen (23, 24) fließt.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (112) für die Hybridfunktion ebenfalls parallel beabstandet zu den beiden Vorgelegewellen (23, 24) angeordnet ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (112) über eine Übersetzungsstufe (93 bzw. 94) derart auf eine drehfest mit einer Kupplungshälfte (8 bzw. 9) einer Doppelkupplung (10) verbundene Hauptwelle (11 bzw. 12) abtreibt, dass sowohl eine Rekuperation als auch ein alleiniger Fahrantrieb mittels Elektromotor (112) möglich ist, hingegen zum Anlassen eines getriebeeingangsseitigen Verbrennungsmotors zumindest im kalten Zustand ein Anlassermotor (M) vorgesehen ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad (42) der besagten Übersetzungsstufe das axial letzte Zahnrad (42) auf der besagten Hauptwelle (11) ist, wobei die Hauptwelle (11) auf der von der Doppelkupplung (10) abgewandten Seite axial benachbart zum besagten Zahnrad (42) in einem Getriebegehäuse (99) drehbar wälzgelagert aufgenommen ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderes Zahnrad (107) der besagten Übersetzungsstufe (94) drehfest mit einem gegenüber dem Getriebegehäuse (99) drehbaren Anker (113) des Elektromotors (112) gekoppelt ist.
Satz von Getrieben nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderes Zahnrad (107) der besagten Übersetzungsstufe (94) mittels einer Kupplung (102) drehfest mit einem drehbaren Anker (113) des Elektromotors (112) koppelbar und von diesem lösbar ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Übersetzungsstufe (93) zumindest zwei parallel versetzte Zahnräder (15, 106) umfasst und einer Zahnradebene eines Ganges (6 bzw. 4) zugeordnet ist, welche der Doppelkupplung (10) axial am nächsten steht, wobei die Hauptwelle (12) axial zwischen dem einen Zahnrad (15) und der Doppelkupplung (10) in einer Trennwand (98) drehbar wälzgelagert aufgenommen ist, welche bewegungsfest mit dem Getriebegehäuse (99) verbunden – insbesondere verschraubt – ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (103) vorgesehen ist, mit welcher eine drehfeste Verbindung zwischen dem anderen Zahnrad (106) und dem Anker (113) des Elektromotors (112) herstellbar und lösbar ist.
Satz von Getrieben nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kupplungen (102, 103) vorgesehen sind, wobei zusätzlich und alternativ zur verbrennungsmotorischen Leistung – mit der ersten Kupplung (102) eine Leistung vom Anker (113) des Elektromotors (112) über eine erste Übersetzungsstufe (94) in ein erstes Teilgetriebe einspeisbar ist und – mit der zweiten Kupplung (103) eine Leistung vom Anker (113) des Elektromotors (112) über eine zweite Übersetzungsstufe (93) in ein zweites Teilgetriebe einspeisbar ist.
Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe, bei welchem eine Antriebsleistung alternativ über zwei parallel beabstandet zueinander angeordnete Vorgelegewellen (23, 24) fließt, wobei ein Elektromotor (112) für die Hybridfunktion ebenfalls parallel beabstandet zu den beiden Vorgelegewellen (23, 24) angeordnet ist, wobei zwei Kupplungen (102, 103) vorgesehen sind, mit welchen eine Leistungsübertragung vom Anker (113) des Elektromotors (112) über eine Übersetzungsstufe (94) in ein Teilgetriebe und alternativ über eine weitere Übersetzungsstufe (93) in ein anderes Teilgetriebe einspeisbar ist.