DE102010060140A1

DE102010060140A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebssystem

Info

Publication number: DE102010060140A1
Application number: DE102010060140A
Authority: DE
Inventors: Gary Avery
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: DE102010060140B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), mit: einer Brennkraftmaschine (3); einer Elektromaschine (4); und einem Planetengetriebe (6) mit einem gestuften Planetenrad (7) zum wahlweisen miteinander Wirkverbinden der Brennkraftmaschine (3) und der Elektromaschine (4) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis (iStart) oder mit einem sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis (iStart) unterscheidenden zweiten Übersetzungsverhältnis (igen). Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug (2) mit einem derartigen Antriebssystem (1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und auf ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebssystem.
Obwohl auf beliebige Fahrzeuge anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in Bezug auf ein Personenkraftfahrzeug näher erläutert.
Bei Kraftfahrzeugen mit einem sogenannten Start-Stopp-System, das heißt mit einem System, welches bei einem Halt des Kraftfahrzeuges selbsttätig die Brennkraftmaschine abschaltet und diese bei einer Anfahrt des Kraftfahrzeuges wieder selbsttätig startet, weisen sogenannte Ritzelstarter unter anderem die folgenden Nachteile auf. Bei einer erhöhten Anzahl von Startvorgängen, welche bei einem Start-Stopp-System zwangsläufig erforderlich sind, weisen derartige Ritzelstarter einen verstärkten Verschleiß auf und führen darüber hinaus zu einer nicht zu vernachlässigenden Lärmbelästigung der Fahrzeuginsassen.
Die DE 199 27 521 A1 beschreibt eine elektrische Maschine, die als Starter und Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, umschaltbar ist, mit einem zweistufigen Planetengetriebe zur Ankopplung an eine Welle der Brennkraftmaschine, wobei die elektrische Maschine eine Synchron- oder Asynchronmaschine ist, wobei die Übersetzung für den Starterbetrieb ein Wert zwischen 4 und 60 und wobei die Übersetzung für den Generatorbetrieb einen Wert zwischen 1,6 und 4 hat, wobei das Verhältnis der Übersetzungen wenigstens 2 beträgt und wobei jeder Stufe eine Bremseinrichtung zum Festhalten einer Drehbewegung der Stufe zugeordnet ist.
Die EP 1 038 719 B1 beschreibt eine Anordnung und antriebsmäßige Anbindung wenigstens eines Anlassers/Generators an einer Brennkraftmaschine, insbesondere an einem Dieselmotor in einem Lastkraftwagen oder Omnibus, mit einem Nebenaggregatemodul mit einem seitlich außen an der Brennkraftmaschine sowie rückseitig am Schwungradgehäuse angeschlossenen Modulgehäuse, in bzw. an dem eine sowohl als Anlasser als auch als Generator betreibbare, gegebenenfalls auch als Antriebsquelle für andere Nebenaggregate der Brennkraftmaschine dienende Elektromaschine sowie axial davor ein Planetengetriebe mit zwei Freilaufkupplungen koaxial längs einer zur Achse der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine parallelen Zentralachse angeordnet sind, wobei das Modulgehäuse außerdem einen Zahnradtrieb aufnimmt, über den die antriebsmäßige Verbindung von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zum Planetengetriebe hergestellt ist.
Die EP 1 316 721 B1 beschreibt ein Steuerungs/Regelungssystem für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, welches eine Ausgangsleistung eines Startermotors, welcher zum generatorischen Betrieb geeignet ist, zum Starten der Brennkraftmaschine auf diese überträgt und die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine während dem Betrieb derselben auf Nebenaggregate überträgt. Das Steuerungs-/Regelungssystem weist einen Übertragungsmechanismus auf. Der Übertragungsmechanismus dient zum Übertragen der Ausgangsleistung des Startermotors zu den Nebenaggregaten wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist, zum Übertragen einer rotatorischen Bewegung einer Abtriebswelle des Startermotors auf eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis zum Starten der Brennkraftmaschine und zum Übertragen einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle auf die Abtriebswelle des Startermotors mit einem zweiten niedrigen Übersetzungsverhältnis während die Brennkraftmaschine den Startermotor generatorisch antreibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Antriebssystem zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, mit: einer Brennkraftmaschine; einer Elektromaschine; und einem Planetengetriebe mit einem gestuften Planetenrad zum wahlweisen miteinander Wirkverbinden der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis oder mit einem sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis unterscheidenden zweiten Übersetzungsverhältnis.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die Brennkraftmaschine und die Elektromaschine mittels eines Planetengetriebes mit einem gestuften Planetenrad wahlweise miteinander wirkzuverbinden. Mittels des gestuften Planetenrades ist es möglich, ein erstes Übersetzungsverhältnis zum Starten der Brennkraftmaschine und ein zweites Übersetzungsverhältnis zum generatorischen Betreiben der Elektromaschine zur Verfügung zu stellen. Aufgrund des gestuften Planetenrades ist es möglich, die beiden Übersetzungsverhältnisse sehr unterschiedlich zu gestalten. Hierdurch ergibt sich im Vergleich zu beschriebenen Lösungsansätzen ein weniger komplexes, deutlich leichteres und kleiner aufgebautes Antriebssystem.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Antriebssystems ist das Planetengetriebes als Plusgetriebe ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, das erste Übersetzungsverhältnis nahezu beliebig groß zu wählen, wodurch zum Starten der Brennkraftmaschine eine kleine Elektromaschine einsetzbar ist. Hierdurch reduziert sich das Gewicht des Antriebssystems.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Antriebssystems ist das Planetengetriebe in die Brennkraftmaschine, insbesondere in einen Ölraum der Brennkraftmaschine, und/oder in ein mit der Brennkraftmaschine wirkverbundenes Getriebe, insbesondere in einem Ölraum des Getriebes integriert, wodurch die Kraftübertragung in dem Planetengetriebe in einem Ölbad geschieht. Eine zusätzliche Schmierung des Planetengetriebes ist nicht erforderlich, wodurch der Aufbau des Antriebssystems vereinfacht wird. Weiterhin bewirkt das Ölbad eine Reduzierung von Geräusch und Verschleiß bei vielfachen Startvorgängen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems weist das gestufte Planetenrad eine erste Außenverzahnung mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Außenverzahnung mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser größer ist als der zweite Durchmesser. Dies ermöglicht vorteilhaft ein nahezu beliebig großes erstes Übersetzungsverhältnis.
Gemäß einer Weiterbildung des Antriebssystems sind die Außenverzahnungen starr miteinander verbunden, wodurch das Planetenrad mit einer geringen Anzahl an Bauteilen produzierbar ist. Dies reduziert sowohl das Gewicht als auch die Herstellungskosten zum Produzieren des Antriebssystems.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Antriebssystems dient das erste Übersetzungsverhältnis zum Starten der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine und das zweite Übersetzungsverhältnis dient zum generatorischen Betreiben der Elektromaschine mittels der Brennkraftmaschine. Hierdurch ist mittels des Planetengetriebes schaltbar sowohl ein Starten der Brennkraftmaschine als auch ein generatorisches Betreiben der Brennkraftmaschine vorteilhaft möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems ist das erste Übersetzungsverhältnis größer als das zweite Übersetzungsverhältnis. Hierdurch ist zum Starten der Brennkraftmaschine ein sehr großes Übersetzungsverhältnis und zum generatorischen Betreiben der Elektromaschine ein deutlich kleineres Übersetzungsverhältnis einsetzbar, wodurch sich der Anwendungsbereich des Antriebssystems vorteilhaft erweitert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems weist das Antriebssystem Schaltelemente zum wahlweisen miteinander Wirkverbinden der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine mit dem ersten Übersetzungsverhältnis oder mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis auf. Hierdurch ist vorteilhaft ein gezieltes wahlweises Wirkverbinden der Elektromaschine und der Brennkraftmaschine mittels des Planetengetriebes möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebssystems sind die Schaltelemente als gesteuerte und/oder ungesteuerte Schaltelemente ausgebildet, wodurch die Schaltelemente beispielsweise selbsttätig oder mittels einer Steuereinrichtung zur Verwirklichung verschiedener Betriebszustände des Antriebssystems schaltbar sind. Dies erweitert vorteilhaft das mögliche Einsatzgebiet des Antriebssystems.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Antriebssystems ist die Elektromaschine mit einem Nebenaggregat des Antriebssystems wirkverbunden, wodurch beispielsweise in einem Standbetrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem derartigen Antriebssystem das Nebenaggregat, beispielsweise zum Kühlen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges, betreibbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 ein Antriebssystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Antriebssystem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9 ein Antriebssystem gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 1 illustriert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug 2. Das Antriebssystem 1 weist beispielsweise eine Brennkraftmaschine 3 und eine Elektromaschine 4 auf. Die Elektromaschine 4 ist vorzugsweise parallel zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 oder zu einer Abtriebswelle des Getriebes 5 angeordnet. Die Elektromaschine 4 ist vorzugsweise sowohl zum generatorischen als auch zum elektromotorischen Betrieb ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 3 ist beispielsweise mit einem Getriebe 5, insbesondere mit einem Schaltgetriebe 5, wirkverbunden. Das Getriebe 5 ist vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe 5 ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 3 bzw. das Getriebe 5 ist beispielsweise mit einer Antriebsachse 29, beispielsweise mit einer Hinterachse, des Kraftfahrzeuges 2 wirkverbunden. Das Antriebssystem 1 weist weiterhin vorzugsweise ein Getriebe 6, welches insbesondere als Planetengetriebe 6 ausgebildet ist, auf. Das Planetengetriebe 6 ist vorzugsweise als sogenanntes Plusgetriebe 6 ausgebildet. Das Planetengetriebe 6 koppelt die Elektromaschine 4 wahlweise mit der Brennkraftmaschine 3 zum Starten derselben mittels einem ersten Übersetzungsverhältnis bzw. einer Startübersetzung i_Start oder zum generatorischen Antreiben der Elektromaschine 4 mittels der Brennkraftmaschine 3 mit einem sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start unterscheidendem zweiten Übersetzungsverhältnis bzw. einer generatorischen Übersetzung i_gen.
Das Planetengetriebe 6 weist insbesondere ein sogenanntes gestuftes oder doppeltes Planetenrad 7 auf. Vorzugsweise weist das Planetengetriebe 6 mehrere Planetenräder 7, beispielsweise drei Planetenräder 7, auf. Zur Vereinfachung wird im Folgenden auf nur ein Planetenrad 7 Bezug genommen. Das Planetenrad 7 weist beispielsweise eine erste Außenverzahnung 8 mit einem ersten Durchmesser D8, insbesondere einem ersten Teilkreisdurchmesser D8, und eine zweite Außenverzahnung 9 mit einem zweiten Durchmesser D9, insbesondere einem zweiten Teilkreisdurchmesser D9, auf. Eine der beiden Außenverzahnungen 8, 9 weist vorzugsweise einen etwas größeren Durchmesser D8, D9 auf als die andere. Außenverzahnung 8, 9. Beispielsweise ist der erste Durchmesser D8 der ersten Außenverzahnung 8 geringfügig größer als der zweite Durchmesser D8 der zweiten Außenverzahnung 9. Die Durchmesser D8, D9 sind insbesondere konzentrisch angeordnet. Ein Modul der Verzahnung der Außenverzahnungen 8, 9 kann identisch ausgebildet sein. Alternativ können die Außenverzahnungen 8, 9 unterschiedliche Module aufweisen. Vorzugsweise weist eine der Außenverzahnungen 8, 9 eine größere Anzahl an Zähnen auf als die andere Außenverzahnung 8, 9. Beispielsweise weist die erste Außenverzahnung 8 mit dem geringfügig größeren Durchmesser D8 eine etwas höhere Anzahl an Zähnen auf als die zweite Außenverzahnung 9 mit dem Durchmesser D9. Das Planetenrad 7 ist beispielsweise als gestufter zylinderförmiger Körper ausgebildet, wobei die erste Außenverzahnung 8 beispielsweise auf einem ersten Zylinderabschnitt und die zweite Außenverzahnung 9 auf einem zweiten Zylinderabschnitt, welcher vorzugsweise einen geringeren Durchmesser als der erste Zylinderabschnitt aufweist, angeordnet ist. Die Zylinderabschnitte bzw. die Außenverzahnungen 8, 9 des Planetenrades 7 sind insbesondere starr miteinander verbunden.
Das Planetenrad 7 kann alternativ als zwei mittels einer Welle 10 insbesondere starr verbundene Zahnräder 11, 12 ausgebildet sein, wobei dem Zahnrad 11 beispielsweise die erste Außenverzahnung 8 und dem Zahnrad 12 die zweite Außenverzahnung 9 zugeordnet ist.
Das Planetenrad 7 ist vorzugsweise auf einem Steg 13 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Der Steg 13 ist insbesondere mit einer Antriebswelle 14 des Planetengetriebes 6 wirkverbunden. Beispielsweise ist der Steg 13 integraler Bestandteil der Antriebswelle 14. Die Antriebswelle 14 ist beispielsweise mit einer Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 starr gekoppelt. Alternativ kann die Antriebswelle 14 mittels eines optionalen Getriebes 32, beispielsweise mittels eines Riemengetriebes oder eines Zahnradgetriebes, mit der Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 gekoppelt sein. Die Abtriebswelle 15 kann von der Antriebswelle 14 wahlweise abkoppelbar ausgebildet sein. Hierzu kann eine Kupplungseinrichtung zwischen der Antriebswelle 14 und der Abtriebswelle 15 vorgesehen sein.
Die Antriebswelle 14 ist weiterhin vorzugsweise mit einem Nebenaggregat 16, beispielsweise mit einem Klimakompressor, einer Wasserpumpe, einer Ölpumpe oder dergleichen des Antriebssystems 1, wirkverbunden. Die Antriebswelle 14 kann auch mit einer Vielzahl an Nebenaggregaten 16 wirkverbunden sein. Im Folgenden wird auf nur ein Nebenaggregat 16 Bezug genommen. Die Antriebswelle 14 ist beispielsweise starr mit dem Nebenaggregat 16 gekoppelt. Alternativ kann die Antriebswelle 14 mittels eines optionalen Getriebes 17 mit dem Nebenaggregat 16 gekoppelt sein. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Das Nebenaggregat 16 kann von der Antriebswelle 14 wahlweise abkoppelbar ausgebildet sein. Hierzu kann eine Kupplungseinrichtung zwischen der Antriebswelle 14 und dem Nebenaggregat 16 vorgesehen sein.
Das auf dem Steg 13 drehbar gelagerte Planetenrad 7 ist vorzugsweise in gleichzeitigem Wirkeingriff mit einem ersten Sonnenrad 18 und mit einem zweiten Sonnenrad 19. Die Sonnenräder 18, 19 sind vorzugsweise koaxial angeordnet. Die Sonnenräder 18, 19 weisen insbesondere jeweils eine zu den Außenverzahnungen 8, 9 des Planetenrades 7 komplementäre Verzahnung auf. Insbesondere ist die erste Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 mit dem ersten Sonnenrad 18 und die zweite Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7 mit dem zweiten Sonnenrad 19 in Wirkeingriff. Das zweite Sonnenrad 19 weist vorzugsweise einen etwas größeren Außendurchmesser auf als das erste Sonnenrad 18. Das erste Sonnenrad 18 ist beispielsweise in einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Das Getriebegehäuse 20 kann integraler Bestandteil eines Motorgehäuses der Brennkraftmaschine 3 und/oder eines Getriebegehäuses des Getriebes 5 sein. Eine drehbare Lagerung des ersten Sonnenrades 18 in dem Getriebegehäuse 20 kann in ein Schaltelement 21, insbesondere in ein zweites Schaltelement 21, des Planetengetriebes 6 integriert sein. Das zweite Schaltelement 21 wirkverbindet das erste Sonnenrad 18 schaltbar mit dem Getriebegehäuse 20. Das zweite Schaltelement 21 ist beispielsweise als gesteuertes Schaltelement 21 wie beispielsweise als schaltbare Kupplung, insbesondere als schaltbare Magnetkupplung, oder als schaltbarer Freilauf oder Überholkupplung ausgebildet. Unter einem schaltbaren Freilauf oder einer schaltbaren Überholkupplung wird im Folgenden ein Freilauf verstanden, welcher in seiner Sperrrichtung derart freischaltbar ist, dass auch eine Drehbewegung entgegen dieser Sperrrichtung möglich ist, oder welcher in seiner Freilaufrichtung sperrbar ist. Alternativ kann das zweite Schaltelement 21 als ungesteuertes Schaltelement 21, wie beispielsweise als Freilauf bzw. Überholkupplung ausgebildet sein. Ein Freilauf bzw. eine Überholkupplung schaltet selbsttätig ohne eine externe Ansteuerung.
Das erste Sonnenrad 18 ist vorzugsweise mit einer ersten Sonnenradwelle 22 gekoppelt. Insbesondere ist das erste Sonnenrad 18 integraler Bestandteil der ersten Sonnenradwelle 22. Die Sonnenradwelle 22 des ersten Sonnenrades 18 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt, durch welche die Antriebswelle 14 geführt ist.
Das zweite Sonnenrad 19 ist vorzugsweise mit einer zweiten Sonnenradwelle 23 wirkverbunden. Insbesondere ist das zweite Sonnenrad 19 integraler Bestandteil der zweiten Sonnenradwelle 23. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist beispielsweise als Hohlwelle ausgebildet, welche in der ersten Sonnenradwelle 22 geführt ist, wobei in der zweiten Sonnenradwelle 23 beispielsweise die Antriebswelle 14 geführt ist. Die Wellen 14, 22, 23 sind insbesondere koaxial angeordnet. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist vorzugsweise schaltbar mit dem Steg 13 wirkverbunden. Die schaltbare Wirkverbindung zwischen dem Steg 13 und der zweiten Sonnenradwelle 23 ist vorzugsweise mittels eines Schaltelementes 24, insbesondere eines ersten Schaltelementes 24 des Planetengetriebes 6, verwirklicht. Das erste Schaltelement 24 ist vorzugsweise analog zu dem Schaltelement 21 als gesteuertes oder ungesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist beispielsweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 oder mit einer Abtriebswelle des Getriebes 5 wirkverbunden. Die Wirkverbindung zwischen der zweiten Sonnenradwelle 23 und der Brennkraftmaschine 3 oder dem Getriebe 5 kann starr oder mittels eines optionalen Getriebes 25 erfolgen. Das Getriebe 25 ist beispielsweise als Kettengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Das Planetengetriebe 6 und/oder das Getriebe 25 kann beispielsweise in einen Ölraum der Brennkraftmaschine 3 bzw. in einen Ölraum des Getriebes 5 integriert sein, wodurch das Planetengetriebe 6 und/oder das Getriebe 25 zur Schmierung, Kühlung und/oder Geräuschdämpfung mit Öl versorgt wird. Alternativ kann das Planetengetriebe 6 und/oder das Getriebe 25 außerhalb des Ölraums der Brennkraftmaschine 3 bzw. des Ölraums des Getriebes 5 angeordnet sein.
Die Funktionsweise einer bevorzugten Weiterbildung des Antriebssystems 1 wird im Folgenden erläutert. Das zweite Schaltelement 21 ist beispielsweise als schaltbarer Freilauf und das Schaltelement 24 ist beispielsweise als nicht schaltbarer Freilauf ausgebildet. Beispielsweise weist das optionale Getriebe 25 ein Übersetzungsverhältnis i₂₅ von etwa 2,4 auf. Ein Standübersetzungsverhältnis i0₁ zwischen dem Planetenrad 7 und dem ersten Sonnenrad 18 beträgt beispielsweise 3,0. Ein Standübersetzungsverhältnis i0₂ zwischen dem Planetenrad 7 und dem zweiten Sonnenrad 19 beträgt beispielsweise 2,76.
Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 wird das zweite Schaltelement 21 betätigt, so dass der Freilauf des zweiten Schaltelementes 21 aktiv ist. Das zweite Schaltelement 21 ist geschlossen. Das heißt, das erste Sonnenrad 18 ist in einer Drehrichtung bezüglich des Getriebegehäuses 20 festgelegt. In der anderen Drehrichtung kann das Sonnenrad 18 relativ zu dem Getriebegehäuse 20 frei rotieren. Die Elektromaschine 4 treibt über die Antriebswelle 14 den Steg 13 des Planetengetriebes 6 an. Der Steg 13 treibt das Planetenrad 7 an, welches um das feststehende erste Sonnenrad 18 rotiert. Dadurch, dass die erste Außenverzahnung 8 einen geringfügig größeren Durchmesser D8 aufweist als die zweite Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7 wird ein von der Elektromaschine 4 zum Starten der Brennkraftmaschine 3 auf den Steg 13 aufgebrachtes Drehmoment mit einem großen Übersetzungsverhältnis auf das zweite Sonnenrad 19 übertragen. Ein erstes Übersetzungsverhältnis bzw. eine Startübersetzung i_Start des Planetengetriebes 6 zum Starten der Brennkraftmaschine beträgt mit obigen beispielhaften Standübersetzungen i0₁, i0₂ beispielsweise 8,33. Mit dem optionalen Getriebe 25 mit dem beispielhaften Übersetzungsverhältnis i₂₅ beträgt ein gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} zwischen der Elektromaschine 4 und der Brennkraftmaschine 3 etwa 20. Das gesamte Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} kann auch ein Übersetzungsverhältnis i₃₂ des optionalen Getriebes 32 umfassen.
Die Antriebswelle 14 bzw. der Steg 13 dreht beim Starten der Brennkraftmaschine 3 deutlich schneller als die zweite Sonnenradwelle 23. Mittels des ersten Schaltelementes 24, welches beispielsweise als nicht schaltbarer Freilauf ausgebildet ist, ist die zweite Sonnenradwelle 23 solange von dem Steg 13 entkoppelt bis eine Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 einer Drehzahl der Antriebswelle 14 entspricht. Das heißt, das erste Schaltelement 24 verhindert, dass die Sonnenradwelle 23 schneller dreht als die Antriebswelle 14. Somit ist während des Startvorganges der Brennkraftmaschine 3 das erste Schaltelement 24 geöffnet und das zweite Schaltelement 21 geschlossen.
Mittels der zweiten Sonnenradwelle 23 wird eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 losgedreht. Hat die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht, wird ein Einspritz- und Zündungsvorgang der Brennkraftmaschine 3 gestartet. Die Brennkraftmaschine 3 läuft selbsttätig. Sobald die zweite Sonnenradwelle 23 den Steg 13 bzw. die Antriebswelle 14 eingeholt hat bewegt sich die erste Sonnenradwelle 22 nach dem Start der Brennkraftmaschine 3 aus dem Stand heraus in die gleiche Drehrichtung wie eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3, wodurch das als Freilauf ausgebildete zweite Schaltelement 21 die erste Sonnenradwelle 22 freigibt. Das zweite Schaltelement 21 entkoppelt das erste Sonnenrad 18 von dem Getriebegehäuse 20. Die Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 wird erhöht bis deren Drehzahl zumindest der Drehzahl der Antriebswelle 14 entspricht. Die zweite Sonnenradwelle 23 holt die Antriebswelle 14 ein. Mittels des ersten Schaltelementes 24 nimmt die zweite Sonnenradwelle 23 den Steg 13 bzw. die Antriebswelle 14 mit. Das erste Schaltelement 24 verhindert, dass die Sonnenradwelle 23 höher dreht als die Antriebswelle 14. Sobald die zweite Sonnenradwelle 23 die Antriebswelle 14 treibt, kann die Elektromaschine 4 in einen generatorischen Betrieb zum Erzeugen von elektrischer Energie umgeschaltet werden. Im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 geöffnet. Im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 läuft das Planetengetriebe 6 als Block um, wodurch es keine Schleppmomente erzeugt. Ein zweites Übersetzungsverhältnis oder generatorisches Übersetzungsverhältnis i_gen des Planetengetriebes 6 beträgt 1. Ein gesamtes generatorisches Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} des Antriebssystems 1 ist somit durch die Übersetzung i₂₅ des optionalen Getriebes 25 und/oder i₃₂ des optionalen Getriebes 32 bestimmt. Das gesamte generatorische Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} beträgt beispielsweise 2,4 bei einem Übersetzungsverhältnis i₂₅ des Getriebes 25 von 2,4.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1, beispielsweise bei einer abgeschalteten Brennkraftmaschine 3 wird das zweite Schaltelement 21 derart betätigt, dass das erste Sonnenrad 18 in beiden möglichen Drehrichtungen relativ zu dem Getriebegehäuse 20 rotierbar ist. Das heißt, bei einem Anfahren der Elektromaschine 4 überträgt diese kein Drehmoment auf die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3. Beide Schaltelemente 21, 24 sind im Standbetrieb des Antriebssystems 1 geöffnet. Die Elektromaschine 4 treibt lediglich das Nebenaggregat 16 an. Durch ein Betätigen des gesteuerten Schaltelementes 21 im Standbetrieb wird das erste Sonnenrad 18 in zumindest einer Drehrichtung relativ zu dem Getriebegehäuse 20 festgelegt und die Brennkraftmaschine 3 bzw. das Getriebe 5 wird wieder mit der Elektromaschine 4 zum Starten der Brennkraftmaschine 3 gekoppelt. Es ist aus dem Standbetrieb ein schnelles Starten der Brennkraftmaschine 3 möglich. Ist ein Standbetrieb des Antriebssystems 1 verzichtbar, kann das zweite Schaltelement 21 ebenfalls als ungesteuertes Schaltelement 21 ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des Antriebssystems 1 sind beide Schaltelement 21, 24 als gesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet. Dies ermöglicht einen sogenannten Boostbetrieb des Antriebssystems 1. Unter Boostbetrieb ist ein Betriebszustand des Antriebssystems zu verstehen, in dem die Elektromaschine 4 die Brennkraftmaschine 3 unterstützt, wobei ein Antriebsmoment der Elektromaschine 4 zusätzlich zu einem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 in das Antriebssystem 1 eingespeist wird. Im Boostbetrieb verhindert das gesteuerte erste Schaltelement 24, dass die von der Elektromaschine 4 angetriebene Antriebswelle 14 die von der Brennkraftmaschine 3 angetriebene zweite Sonnenradwelle 23 überholt. Das erste Schaltelement 24 ist im Boostbetrieb des Antriebssystems 1 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 ist geöffnet.
Die 2 illustriert ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 gemäß der 2 unterscheidet sich von dem Antriebssystem 1 gemäß der 1 im Wesentlichen dadurch, dass das erste Sonnenrad 18 an dem Getriebegehäuse 20 festgelegt ist. Insbesondere ist das erste Sonnenrad 18 integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 20. Mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit dem Getriebe 5 ist eine Welle 26 wirkverbunden. Die Welle 26 kann mittels eines Getriebes 25 oder starr mit der Brennkraftmaschine 3 oder dem Getriebe 5 wirkverbunden sein. Das erste Schaltelement 24 koppelt die Antriebswelle 14 schaltbar mit der Welle 26, beispielsweise für den generatorischen oder Boost-Betrieb des Antriebssystems 1. Das zweite Schaltelement 21 koppelt die Welle 26 schaltbar mit der zweiten Sonnenradwelle 23, beispielsweise für den Startvorgang. Die Schaltelemente 21, 24 sind vorzugsweise als gesteuerte oder als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet. Die Funktionalität des Antriebssystems 1 entspricht der Funktionalität des Antriebssystems 1 gemäß der 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel des Antriebssystems 1 gemäß der 1 dreht das Planetenrad 7 des Plusgetriebes 6 bei dieser Ausführungsform des Antriebssystems 1 im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 immer mit, wodurch Schleppmomente erzeugt werden.
Die 3 illustriert ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 weist eine Brennkraftmaschine 3, ein mit der Brennkraftmaschine gekoppeltes Getriebe 5, insbesondere ein Schaltgetriebe 5, eine Elektromaschine 4 und ein Getriebe 6, insbesondere ein Planetengetriebe 6, auf. Das Planetengetriebe 6 ist vorzugsweise als sogenanntes Plusgetriebe 6 mit einem gestuften Planetenrad 7 gemäß der bevorzugten Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 1 und 2 auf. Das Planetengetriebe 6 dient zum wahlweisen Wirkverbinden der Brennkraftmaschine 3 mit der Elektromaschine 4. Das Planetenrad 7 weist eine erste Außenverzahnung 8 und eine zweite Außenverzahnung 9 auf, wobei die erste Außenverzahnung 8 vorzugsweise einen geringfügig größeren Durchmesser als die zweite Außenverzahnung 9 aufweist.
Die zweite Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7 ist insbesondere in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad 27 des Planetengetriebes 6. Das erste Hohlrad 27 ist mit einer ersten Hohlradwelle 28 wirkverbunden. Insbesondere ist das Hohlrad 27 integraler Bestandteil der Hohlradwelle 28. Die erste Hohlradwelle 28 ist vorzugsweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit einer Abtriebswelle des Getriebes 5 wirkverbunden. Die erste Hohlradwelle 28 kann starr mit der Brennkraftmaschine 3 oder mit dem Getriebe 5 gekoppelt sein oder mittels eines optionalen Getriebes 25. Das Getriebe 25 ist beispielsweise als Kettengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Das Planetenrad 7 ist an einem Steg 13 des Plusgetriebes 6 drehbar gelagert. Der Steg 13 ist vorzugsweise mit einer Antriebswelle 14 wirkverbunden. Insbesondere ist der Steg 13 integraler Bestandteil der Antriebswelle 14. Die Antriebswelle 14 ist vorzugsweise mit einer Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 gekoppelt. Beispielsweise ist die Antriebswelle 14 mit der Abtriebswelle 15 starr gekoppelt oder mittels eines Getriebes 32, welches beispielsweise als Riemen- oder Zahnradgetriebe ausgebildet sein kann. Die Antriebswelle 14 ist weiterhin mit einem Nebenaggregat 16 des Antriebssystems 1 wirkverbunden. Die Antriebswelle 14 kann starr mit dem Nebenaggregat 16 gekoppelt sein oder mittels eines Getriebes 17. Die Antriebswelle 14 kann mittels einer Kupplungseinrichtung von dem Nebenaggregat 16 abkoppelbar ausgebildet sein. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet.
Die erste Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 befindet sich vorzugsweise in gleichzeitigem Wirkeingriff mit einem zweiten Hohlrad 30 und mit einem Sonnenrad 19 des Planetengetriebes 6. Das zweite Hohlrad 30 ist mit einer zweiten Hohlradwelle 31 wirkverbunden. Insbesondere ist das Hohlrad 30 integraler Bestandteil der Hohlradwelle 31. Das Sonnenrad 19 ist vorzugsweise mit einer Sonnenradwelle 23 wirkverbunden. Insbesondere ist das Sonnenrad 19 integraler Bestandteil der Sonnenradwelle 23. Vorzugsweise sind die erste Hohlradwelle 28, die zweite Hohlradwelle 31 und die Sonnenradwelle 23 als Hohlwellen ausgebildet, wobei die Antriebswelle 14 vorzugsweise durch erste Hohlradwelle 28 und die Sonnenradwelle 23 geführt ist und die Sonnenradwelle 23 durch die zweite Hohlradwelle 31 läuft. Die Wellen 14, 23, 28, 31 sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Mittels eines ersten gehäusefesten Schaltelementes 24 ist die Sonnenradwelle 23 an einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 in zumindest einer Drehrichtung schaltbar festlegbar und mittels eines zweiten gehäusefesten Schaltelementes 21 ist die Hohlradwelle 31 ebenfalls schaltbar zumindest in einer Drehrichtung an dem Getriebegehäuse 20 festlegbar. Die Schaltelemente 21, 24 können jeweils Lagerungen zur drehbaren Lagerung der Wellen 23, 31 aufweisen. Die Schaltelemente 21, 24 sind beispielsweise als gesteuerte Schaltelemente 21, 24, wie beispielsweise als schaltbare Magnetkupplungen, oder schaltbare Freiläufe, ausgebildet. Alternativ können die Schaltelemente 21, 24 oder eines der Schaltelemente 21, 24 als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24, wie beispielsweise als Freiläufe oder Überholkupplungen, ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Antriebssystems 1 sind die Schaltelemente 21, 24 beispielsweise als gesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet. Die Funktionsweise des Antriebssystems 1 wird im Folgenden erläutert. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist das erste Schaltelement 24 geöffnet. Das heißt, das Sonnenrad 19 ist in zumindest einer möglichen Drehrichtung frei zu dem Gehäuse 20 rotierbar. Das zweite Schaltelement 21 ist geschlossen. Das heißt, das zweite Hohlrad 30 ist relativ zu dem Getriebegehäuse 20 in zumindest einer Drehrichtung festgelegt. Die Elektromaschine 4 treibt elektromotorisch die Antriebswelle 14 an, wodurch der Steg 13 in Rotation versetzt wird. Das an dem Steg 13 drehbar gelagerte Planetenrad 7 läuft in dem feststehenden zweiten Hohlrad 30 um. Die Sonnenradwelle 23 weist beim Startvorgang der Brennkraftmaschine 3 eine deutlich höhere Drehzahl auf als die Antriebswelle 14. Dadurch, dass die erste Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als die zweite Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7 wird ein von der Elektromaschine 4 auf den Steg 13 aufgebrachtes Drehmoment mit einem ersten Übersetzungsverhältnis bzw. einem Startübersetzungsverhältnis i_Start auf das erste Hohlrad 27 und auf die erste Hohlradwelle 28 übertragen. Ein gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} ergibt sich beispielsweise aus einer Übersetzung i₂₅ des optionalen Getriebes 25 und/oder i₃₂ des optionalen Getriebes 32 sowie aus der Übersetzung i_Start des Planetengetriebes 6. Die gesamte Startübersetzung i_{Start_ges} beträgt beispielsweise 20. Über die Wirkverbindung der ersten Hohlradwelle 28 mit der Brennkraftmaschine 3 wird diese losgedreht. Sobald die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichende Startdrehzahl erreicht hat, wird ein Einspritz- und Zündungsvorgang gestartet. Die Brennkraftmaschine 3 dreht nun selbsttätig die erste Hohlradwelle 28. Sobald die erste Hohlradwelle 28 eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht hat, schalten die Schaltelemente 21, 24, beispielsweise durch Überholen bzw. Einholen im Ausführungsfalle eines, insbesondere schaltbaren, Freilaufes. Das heißt, das zweite Schaltelement 21 schaltet derart, dass das zweite Hohlrad 30 relativ zu dem Gehäuse 20 drehbar ist und das erste Schaltelement 24 schaltet derart, dass das Sonnenrad 19 relativ zu dem Getriebegehäuse 20 festgelegt ist. Die Brennkraftmaschine 3 überträgt nun mittels des Planetengetriebes 6 mit einem zweiten oder generatorischen Übersetzungsverhältnis i_gen, welches vorzugsweise kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis i_Start, ein Drehmoment auf die nun generatorisch arbeitende Elektromaschine 4. In dem generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 geöffnet. Eine gesamte generatorische Übersetzung i_{gen_ges} resultiert beispielsweise aus dem Übersetzungsverhältnis i_gen, und/oder dem Übersetzungsverhältnis i₂₅ und/oder dem Übersetzungsverhältnis i₃₂.
Wird die Elektromaschine 4 in einen elektromotorischen Betrieb umgeschaltet, so speist sie kumulativ zu der Brennkraftmaschine 3 ein Drehmoment in das Antriebssystem 1 ein. Es ist somit ein Boostbetrieb 1 des Antriebssystems möglich. Im Boostbetrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 geöffnet.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1 sind beide Schaltelemente 21, 24 geöffnet und die Elektromaschine 4 treibt lediglich das Nebenaggregat 16 an.
Die 4 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 weist eine Brennkraftmaschine 3 und ein mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppeltes Getriebe 5 auf. Weiterhin weist das Antriebssystem 1 eine Elektromaschine 4 und ein Getriebe 6, insbesondere ein Planetengetriebe 6, welches vorzugsweise als Plusgetriebe 6 ausgebildet ist, auf. Das Planetengetriebe 6 weist ein gestuftes oder doppeltes Planetenrad 7 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 1–3 auf. Das Planetenrad 7 weist eine erste Außenverzahnung 8 und eine zweite Außenverzahnung 9 auf, wobei die erste Außenverzahnung 8 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als die zweite Außenverzahnung 9.
Das Planetenrad 7 ist an einem Steg 13 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Der Steg 13 ist mit einer Antriebswelle 14 des Antriebssystems 1 wirkverbunden. Insbesondere ist der Steg 13 integraler Bestandteil der Antriebswelle 14. Die Antriebswelle 14 ist mit einer Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 gekoppelt. Die Antriebswelle 14 kann mit der Abtriebswelle 15 starr oder mittels eines Getriebes 32 wirkverbunden sein. Das Getriebe 32 ist beispielsweise als Zahnradgetriebe oder als Riemengetriebe ausgebildet. Die Antriebswelle 14 ist vorzugsweise mit einem Nebenaggregat 16 des Antriebssystems 1 wirkverbunden. Beispielsweise kann die Antriebswelle 14 mittels eines Getriebes 17 mit dem Nebenaggregat 16 wirkverbunden sein. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Zahnradgetriebe oder als Riemengetriebe ausgebildet. Die erste Außenverzahnung 8 des gestuften Planetenrades 7 steht vorzugsweise in Wirkeingriff mit einem zweiten Sonnenrad 19 des Planetengetriebes 6. Das zweite Sonnenrad 19 ist mit einer zweiten Sonnenradwelle 23 wirkverbunden. Insbesondere ist das zweite Sonnenrad 19 integraler Bestandteil der zweiten Sonnenradwelle 23. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist mit einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 wirkverbunden. Beispielsweise ist die Sonnenradwelle 23 an dem Getriebegehäuse 20 fest montiert oder integraler Bestandteil des Getriebegehäuses 20. Optional ist die Sonnenradwelle 23 mittels eines dritten Schaltelementes 33 mit dem Getriebegehäuse 20 gekoppelt. Das dritte Schaltelement 33 ist vorzugsweise als gesteuertes Schaltelement 33, beispielsweise als Magnetkupplung oder als schaltbarer Freilauf oder schaltbare Überholkupplung, ausgebildet.
Die zweite Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7 ist in gleichzeitigem Wirkeingriff mit einem Hohlrad 27 und mit einem ersten Sonnenrad 18 des Planetengetriebes 6. Das erste Sonnenrad 18 ist mit einer ersten Sonnenradwelle 22 wirkverbunden. Insbesondere ist das erste Sonnenrad 18 integraler Bestandteil der ersten Sonnenradwelle 22. Die Sonnenradwellen 22, 23 sind vorzugsweise als Hohlwellen ausgeführt, durch welche die Antriebswelle 14 geführt ist. Das Hohlrad 27 ist mit einer Hohlradwelle 28 gekoppelt. Insbesondere ist das Hohlrad 27 integraler Bestandteil der Hohlradwelle 28. Die Hohlradwelle 28 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt, wobei die Antriebswelle 14 durch die erste Sonnenradwelle 22 und die erste Sonnenradwelle 22 durch die Hohlradwelle 28 geführt ist. Die Wellen 14, 22, 23, 28 sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Eine Welle 26 ist mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit dem Getriebe 5 gekoppelt. Die Welle 26 kann beispielsweise starr mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 oder mit einer Abtriebswelle des Getriebes 5 gekoppelt sein oder mittels eines optionalen Getriebes 25. Das Getriebe 25 ist beispielsweise als Zahnradgetriebe oder als Kettengetriebe ausgebildet. Die Welle 26 ist mittels eines ersten Schaltelementes 24 schaltbar mit der Hohlradwelle 28 gekoppelt. Die Welle 26 ist weiterhin mittels eines zweiten Schaltelementes 21 schaltbar mit der ersten Sonnenradwelle 22 gekoppelt. Die Schaltelemente 21, 24 sind beispielsweise als gesteuerte oder als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet.
In einer Weiterbildung des Antriebssystems 1 sind die Schaltelemente 21, 24 als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24, insbesondere als Freiläufe, ausgebildet. Weiterhin ist bei dieser Weiterbildung des Antriebssystems 1 das optionale dritte Schaltelement 33 vorgesehen. Die Funktionsweise des Antriebssystems 1 wird im Folgenden erläutert. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist das dritte Schaltelement 33 geschlossen. Das heißt, das zweite Sonnenrad 19 ist relativ zu dem Gehäuse 20 festgelegt. Die Elektromaschine 4 treibt die Antriebswelle 14 und somit den Steg 13 an. Das Planetenrad 7, welches an dem Steg 13 drehbar gelagert ist, rotiert um das feststehende zweite Sonnenrad 19. Durch die Bewegung des Planetenrades 7 werden sowohl das erste Sonnenrad 18 als auch das Hohlrad 27 in Rotation versetzt, wobei eine Drehzahl des Hohlrades 27 bzw. der Hohlradwelle 28 deutlich höher ist als eine Drehzahl des Sonnenrades 18 bzw. der ersten Sonnenradwelle 28. Mittels des zweiten Schaltelementes 21, welches insbesondere als Freilauf ausgebildet ist, wird ein Drehmoment von der Sonnenradwelle 22 auf die Welle 26 zum Losdrehen der Brennkraftmaschine 3 übertragen. Ein Startmoment der Elektromaschine 4 wird mittels eines ersten Übersetzungsverhältnisses oder Startübersetzungsverhältnisses i_Start des Planetengetriebes 6 auf die Brennkraftmaschine 3 übertragen. Eine gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} ergibt sich aus dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start sowie gegebenenfalls aus den Übersetzungsverhältnissen i₂₅ des Getriebes 25 und/oder i₃₂ des Getriebes 32. Das Schaltelement 21 verhindert, dass sich die erste Sonnenradwelle 22 schneller dreht als die Welle 26.
Die Drehzahl der Hohlradwelle 28 ist deutlich höher als die Drehzahl der Welle 26. Das Schaltelement 24 verhindert, dass sich die Welle 26 schneller dreht als die Hohlradwelle 28. Da die Drehzahl der Hohlradwelle 28 beim Startvorgang zunächst deutlich höher ist als die Drehzahl der Welle 26 ist die Hohlradwelle 28 mittels des ersten Schaltelementes 24 von der Welle 26 abgekoppelt. Sobald die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht hat, wird ein Zündungs- und Einspritzvorgang gestartet. Die Brennkraftmaschine 3 läuft selbstständig und die Drehzahl an der Welle 26 wird soweit erhöht, dass diese die Drehzahl der Sonnenradwelle 22 übersteigt. Sobald die Drehzahl der Welle 26 die Drehzahl der Sonnenwelle 22 erreicht hat, überholt die Welle 26 die Sonnenradwelle 22 und die Welle 26 wird mittels des zweiten Schaltelementes 21 von der Sonnenradwelle 22 abgekoppelt. Während dem Startvorgang der Brennkraftmaschine 3 ist das erste Schaltelement 24 geöffnet und das zweite Schaltelement 21 geschlossen.
Sobald die Drehzahl der Welle 26 gleich der Drehzahl der Hohlradwelle 28 ist, fängt das erste Schaltelement 24 die Hohlradwelle 28 und die Welle 26 treibt die Hohlradwelle 28. Die Hohlradwelle 28 treibt das Planetenrad 7, welches wiederum den Steg 13 und damit die Antriebswelle 14 treibt. Die Brennkraftmaschine 3 treibt nun die Antriebswelle 14 an, wobei mittels des Planetengetriebes 6 ein zweites oder generatorisches Übersetzungsverhältnis i_gen verwirklicht ist. Das zweite Übersetzungsverhältnis i_gen des Planetengetriebes 6 unterscheidet sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start, insbesondere ist das zweite Übersetzungsverhältnis i_gen kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis i_Start. Ein gesamtes generatorisches Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} ergibt sich mit dem generatorischen Übersetzungsverhältnis i_gen und gegebenenfalls mit den Übersetzungsverhältnissen i₂₅, i₃₂ der optionalen Getriebe 25, 32. Die Elektromaschine 4 arbeitet in diesem Betriebszustand des Antriebssystems 1 vorzugsweise generatorisch. In dem generatorischen. Betrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 geöffnet.
Alternativ kann die Elektromaschine 4 in obigem Betriebsmodus des Antriebssystems 1 elektromotorisch arbeiten und kumulativ zu der Brennkraftmaschine 3 ein Drehmoment in das Antriebssystem 1 einspeisen. Hierzu ist jedoch das erste Schaltelement 24 als steuerbares Schaltelement 24 ausgebildet, wodurch die Hohlradwelle 28 die Welle 26 antreiben kann. Die Elektromaschine 4 unterstützt in diesem Boostbetrieb die Brennkraftmaschine 3.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1 ist das dritte Schaltelement 33 geöffnet und das zweite Sonnenrad 19 von dem Getriebegehäuse 20 entkoppelt. In dem Standbetrieb ist die Brennkraftmaschine 3 vorzugsweise abgeschaltet und die Elektromaschine treibt lediglich das Nebenaggregat 16 an. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 aus dem Standbetrieb heraus wird das dritte Schaltelement 33 derart betätigt, dass die Hohlradwelle 28 zumindest in einer Drehrichtung relativ zu dem Getriebegehäuse 20 festgelegt ist. Ist der Standbetrieb des Antriebssystems 1 grundsätzlich nicht erforderlich, kann auf das dritte Schaltelement 33 verzichtet werden. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist dann beispielsweise fest an dem Getriebegehäuse 20 montiert.
In einer alternativen Weiterbildung des Antriebssystems 1 ist die Sonnenradwelle 23 starr mit dem Getriebegehäuse 20 wirkverbunden. Auf das dritte Schaltelement 33 wird verzichtet. Das zweite Schaltelement 21 ist als gesteuertes Schaltelement 21, beispielsweise als Schaltkupplung oder als schaltbarer Freilauf ausgebildet. Die Funktionalität des Antriebssystems 1 entspricht dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei zum Standbetrieb des Antriebssystems 1 das zweite Schaltelement 21 derart betätigt wird, dass das erste Sonnenrad 18 in beiden Drehrichtungen von der Welle 26 entkoppelt ist. Ist in dieser Weiterbildung des Antriebssystem 1 ein Boostbetrieb zu verwirklichen, in dem die Elektromaschine 4 die Brennkraftmaschine 3 unterstützt, ist das erste Schaltelement 24 ebenfalls als gesteuertes Schaltelement 24 ausgestaltet. Im Boostbetrieb verhindert das gesteuerte erste Schaltelement 24, dass die Hohlradwelle 28 die Welle 26 überholt. Beispielsweise ist das erste Schaltelement 24 als Magnetkupplung ausgebildet.
Die 5 illustriert ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 weist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine 3 und ein mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppeltes Getriebe 5 sowie eine Elektromaschine 4 auf. Weiterhin weist das Antriebssystem 1 ein Getriebe 6, insbesondere ein als Plusgetriebe 6 ausgebildetes Planetengetriebe 6 auf, welches zum wahlweisen Wirkverbinden der Elektromaschine 4 mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. dem Getriebe 5 ausgebildet ist. Das Plusgetriebe 6 weist ein gestuftes Planetenrad 7 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 1 bis 4 mit einer ersten Außenverzahnung 8 und einer zweiten Außenverzahnung 9 auf. Die erste Außenverzahnung 8 weist vorzugsweise einen geringfügig größeren Durchmesser als die zweite Außenverzahnung 8 auf.
Das Planetenrad 7 ist an einem Steg 13 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Der Steg 13 ist vorzugsweise mit einer Antriebswelle 14 wirkverbunden. Insbesondere ist der Steg 13 integraler Bestandteil der Antriebswelle 14.
Das Planetengetriebe 6 weist vorzugsweise ein erstes Sonnenrad 18 auf, welches vorzugsweise mit der ersten Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 in Wirkverbindung ist. Das erste Sonnenrad 18 ist mit einer ersten Sonnenradwelle 22 gekoppelt. Insbesondere ist das erste Sonnenrad 18 integraler Bestandteil der ersten Sonnenradwelle 22. Die erste Sonnenradwelle 22 ist vorzugsweise mit einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 mittels eines dritten Schaltelementes 33, insbesondere eines gesteuerten dritten Schaltelementes 33, wirkverbunden. Vorzugsweise ist die erste Sonnenradwelle 22 mittels des gesteuerten dritten Schaltelementes 33 schaltbar an dem Getriebegehäuse 20 festlegbar oder von diesem abkoppelbar.
Ein zweites Sonnenrad 19 des Planetengetriebes 6 ist vorzugsweise in Wirkeingriff mit der zweiten Außenverzahnung 9 des Planetenrades 7. Das zweite Sonnenrad 19 ist mit einer zweiten Sonnenradwelle 23 gekoppelt. Insbesondere ist das zweite Sonnenrad 19 integraler Bestandteil der zweiten Sonnenradwelle 23. Die erste Sonnenradwelle 22 und die zweite Sonnenradwelle 23 sind vorzugsweise als Hohlwellen ausgeführt, wobei die Antriebswelle 14 beispielsweise durch die zweite Sonnenradwelle 23 und die zweite Sonnenradwelle 23 durch die erste Sonnenradwelle 22 geführt ist. Die Wellen 14, 22, 23 sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Das Antriebssystem weist weiterhin eine Welle 26 auf, welche beispielsweise mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bzw. mit einer Abtriebswelle des Getriebes 5 wirkverbunden ist. Die Welle 26 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt und koaxial zu der Antriebswelle 14 angeordnet, welche insbesondere durch die Welle 26 geführt ist. Die Welle 26 kann beispielsweise mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit dem Getriebe 5 starr gekoppelt oder mittels eines optionalen Getriebes 25 wirkverbunden sein. Das Getriebe 25 ist beispielsweise als Kettengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Die Antriebswelle 14 ist mittels eines ersten Schaltelementes 24 mit der Welle 26 koppelbar. Das erste Schaltelement 24 kann als gesteuertes oder als ungesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das erste Schaltelement 24 als Kupplung, insbesondere als Magnetkupplung, oder als schaltbarer Freilauf ausgebildet sein. Das erste Schaltelement 24 kannbeispielsweise auch als ungesteuerter Freilauf ausgebildet sein. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist mittels eines zweiten Schaltelementes 21 mit der Welle 26 koppelbar. Das zweite Schaltelement 21 ist beispielsweise als gesteuertes oder als ungesteuertes Schaltelement 21 ausgebildet. Insbesondere kann das zweite Schaltelement 21 als Kupplung, schaltbarer Freilauf oder dergleichen ausgebildet sein. Das zweite Schaltelement 21 kann alternativ beispielsweise als ungesteuerter Freilauf ausgebildet sein.
Das Planetengetriebe 6 weist weiterhin vorzugsweise ein drittes Sonnenrad 34 auf, welches mit einer Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 wirkverbunden ist. Das dritte Sonnenrad 34 kann beispielsweise starr mit der Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 wirkverbunden sein oder mittels eines Getriebes 32. Das Getriebe 32 kann beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet sein. Eine Welle 38 wirkverbindet das dritte Sonnenrad 34 bzw. die Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 mit einem Nebenaggregat 16 des Antriebssystems 1. Die Welle 38 ist beispielsweise starr mit dem Nebenaggregat 16 oder mittels eines Getriebes 17 mit dem Nebenaggregat 16 wirkverbunden. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Das Nebenaggregat 16 kann mittels einer Kupplungseinrichtung von der Welle 38 wahlweise abkoppelbar ausgebildet sein. Die Welle 38 ist insbesondere koaxial zu der Abtriebswelle 15 angeordnet und vorzugsweise durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 14 geführt.
In Wirkeingriff mit dem dritten Sonnenrad 34 des Antriebssystems 1 steht ein zweites Planetenrad 35. Vorzugsweise weist das Planetengetriebe 6 mehrere zweite Planetenräder 35 auf, wobei zur Vereinfachung im Folgenden auf nur ein Planetenrad 35 Bezug genommen wird. Das zweite Planetenrad 35 ist an einem zweiten Steg 36 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Das zweite Planetenrad 35 befindet sich weiterhin in Wirkeingriff mit einem dritten Hohlrad 37 des Antriebssystems 1. Das dritte Hohlrad 37 ist vorzugsweise mit dem Steg 13 gekoppelt. Insbesondere ist das dritte Hohlrad 37 integraler Bestandteil des Stegs 13 bzw. der Antriebswelle 14.
Ein erstes Hohlrad 27 ist mit der ersten Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 in Wirkeingriff. Das erste Hohlrad 27 ist mit einer ersten Hohlradwelle 28 wirkverbunden. Insbesondere ist das erste Hohlrad integraler Bestandteil der Hohlradwelle 28. Die Hohlradwelle 28 ist mit dem zweiten Steg 36 wirkverbunden und insbesondere mit diesem einstückig ausgebildet.
In einer Weiterbildung des Antriebssystem 1 weist das Antriebssystem 1 das dritte, gesteuerte Schaltelement 33 auf und die Schaltelemente 21, 24 sind als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24, beispielsweise als Freiläufe ausgebildet. Die Funktionsweise dieser Weiterbildung des Antriebssystems 1 wird im Folgenden erläutert. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist das dritte Schaltelement 33 geschlossen. Das heißt, die erste Sonnenradwelle 22 ist in zumindest einer Drehrichtung relativ zu dem Getriebegehäuse 20 festgelegt. Die Elektromaschine 4 treibt das zweite Planetenrad 35 an, welches den zweiten Steg 36 und den Steg 13 in Bewegung versetzt. Die erste Sonnenradwelle 22 steht. Die zweite Sonnenradwelle 23 weist eine deutlich geringere Drehzahl als die Antriebswelle 14 auf, wobei die Antriebswelle 14 eine geringere Drehzahl als die Hohlradwelle 28 und diese eine geringere Drehzahl als das Sonnenrad 34 aufweist. Mittels des zweiten Schaltelementes 21 ist die zweite Sonnenradwelle 23 mit der Welle 26 wirkverbunden. Das heißt, die Welle 26 wird von der zweiten Sonnenradwelle 23 mitgenommen. Aufgrund des zweiten Schaltelementes 21 kann die zweite Sonnenradwelle 23 nie eine höhere Drehzahl aufweisen als die Welle 26. Da die Drehzahl der Antriebswelle 14 deutlich höher ist als die Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 ist die Antriebswelle 14 mittels des ersten Schaltelementes 24, welches in dieser Ausführungsform des Antriebssystems 1 als Freilauf ausgebildet, von der Welle 26 abgekoppelt. Die Welle 26 kann nie eine höhere Drehzahl aufweisen als die Antriebswelle 14. Erreicht die Drehzahl der Welle 26 die Drehzahl der Antriebswelle 14 treibt die Welle 26 die Antriebswelle 14 aufgrund der Wirkverbindung der Wellen 14, 26 mittels des ersten Schaltelementes 24. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist das erste Schaltelement 24 insbesondere geöffnet und das zweite Schaltelement 21 insbesondere geschlossen. Sobald die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht hat, wird ein Einspritz- und Zündungsvorgang eingeleitet. Die Brennkraftmaschine 3 dreht nun selbstständig. Die Drehzahl der Welle 26 wird soweit erhöht, bis diese über der Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 liegt. Die Welle 26 überholt somit die zweite Sonnenradwelle 23 und wird von dieser mittels des zweiten Schaltelementes 21 abgekoppelt. Sobald die Drehzahl der Welle 26 der Drehzahl der Welle 14 entspricht, koppelt das erste Schaltelement 24 die Welle 26 an die Antriebswelle 14. Die Elektromaschine 4 wird in den generatorischen Betrieb umgeschaltet und von der Brennkraftmaschine 3 zum Erzeugen von Energie angetrieben. Im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 ist das zweite Schaltelement 21 insbesondere geöffnet und das erste Schaltelement 24 insbesondere geschlossen.
Alternativ kann die Elektromaschine 4 in diesem Betriebszustand des Antriebssystems 1 elektromotorisch betrieben werden, beispielsweise zur Verwirklichung eines Boostbetriebs des Antriebssystems 1. Das heißt, die Elektromaschine 4 bringt kumulativ zu der Brennkraftmaschine 3 ein Drehmoment in das Antriebssystem 1 ein. Hierzu ist das erste Schaltelement 24 als gesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet, derart, dass die Antriebswelle 14 im Boostbetrieb die Welle 26 treibt.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1 wird die erste Sonnenradwelle 22 mittels des dritten Schaltelementes 33 von dem Getriebegehäuse 20 abgekoppelt. Die Elektromaschine 4 treibt dann mittels der Welle 38 lediglich das Nebenaggregat 16 an.
In einer weiteren Weiterbildung des Antriebssystems 1 gemäß 6 ist die zweite Sonnenradwelle 22 mit dem Getriebegehäuse 20 fest verbunden und das zweite Schaltelement 21 ist als gesteuertes Schaltelement 21 ausgebildet. Ferner unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel des Antriebssystems 1 gemäß der 6 von der Ausführungsform des Antriebssystems 1 nach 5 dadurch, dass die Welle 38 verzichtbar ist. Das Antriebsaggregat 16 ist vorzugsweise starr oder mittels des Getriebes 17 direkt mit der Antriebswelle 14 wirkverbunden. Optional kann eine Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Abkuppeln des Antriebsaggregates 16 von der Antriebswelle 14 vorgesehen sein. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement 21 als gesteuerte Magnetkupplung oder als schaltbarer Freilauf ausgebildet.
Die Funktionalität des Antriebssystems 1 gemäß dieser Ausführungsform nach 6 entspricht der Funktionalität des zuvor erläuterten Antriebssystems 1 nach 5, wobei zur Verwirklichung des Standbetriebes die Brennkraftmaschine 3 mittels des schaltbaren zweiten Schaltelementes 21 von dem Planetengetriebe 6 abgekoppelt ist. Im Standbetrieb des Antriebssystems 1 sind beide Schaltelemente 21, 24 geöffnet. Zur Verwirklichung eines Boostbetriebes des Antriebssystem 1 ist auch das erste Schaltelement 24 als gesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet, damit die Antriebswelle 14 die Welle 26 treiben kann. Im Boostbetrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 geschlossen und das zweite Schaltelement 21 geöffnet. Ist weder ein Standbetrieb noch ein Boostbetrieb erforderlich können beide Schaltelemente 21, 24 als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet sein.
Das Planetengetriebe 6 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 5 und 6 ermöglicht aufgrund des gestuften Planetenrades 7, welches in gleichzeitigem Wirkeingriff mit den Sonnenrädern 18, 19 und dem Hohlrad 27 ist, ein erstes Übersetzungsverhältnis oder Startübersetzungsverhältnis i_Start zum Starten der Brennkraftmaschine 3 und ein zweites oder generatorisches Übersetzungsverhältnis i_gen zum generatorischen Antreiben der Elektromaschine 4, welches sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start unterscheidet und insbesondere größer als dieses ist. Ein gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} bzw. ein gesamtes generatorisches Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} resultiert aus dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis i_Start bzw. i_gen und gegebenenfalls den Übersetzungsverhältnissen i₂₅, i₃₂ der optionalen Getriebe 25, 32. Vorzugsweise ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} zwischen 1,5 bis 3, insbesondere von größer als 2.
Die 7 illustriert ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 weist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine 3 und ein mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppeltes Getriebe 5 sowie eine Elektromaschine 4 auf. Ein Getriebe 6, insbesondere ein als Plusgetriebe 6 ausgebildetes Planetengetriebe 6 wirkverbindet die Elektromaschine 4 und die Brennkraftmaschine 3 bzw. das Getriebe 5 schaltbar.
Ein gestuftes Planetenrad 7 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 1 bis 6 des Planetengetriebes 6 weist eine erste Außenverzahnung 8 und eine zweite Außenverzahnung 9 auf. Die erste Außenverzahnung 8 weist vorzugsweise einen geringfügigen größeren Durchmesser auf als die zweite Außenverzahnung 9. Die erste Außenverzahnung 8 ist vorzugsweise in. Wirkeingriff mit einem ersten Sonnenrad 18. Das erste Sonnenrad 18 ist mit einer ersten Sonnenradwelle 22 wirkverbunden. Insbesondere ist das erste Sonnenrad 18 integraler Bestandteil der ersten Sonnenradwelle 22. Die erste Sonnenradwelle 22 ist mit einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 mittels eines dritten Schaltelementes 33, insbesondere eines gesteuerten dritten Schaltelementes 33, wirkverbunden. Insbesondere ist die erste Sonnenradwelle 22 mittels des vorzugsweise gesteuerten dritten Schaltelementes 33 schaltbar mit dem Getriebegehäuse 20 gekoppelt oder von diesem entkoppelt.
Die erste Außenverzahnung 8 ist weiterhin in gleichzeitigem Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad 27. Das erste Hohlrad 27 ist mit einem zweiten Steg 36 des Planetengetriebes 6 wirkverbunden. Insbesondere ist das erste Hohlrad 27 mit dem zweiten Steg 36 einstückig ausgebildet. Das erste Hohlrad 27 und der zweite Steg 36 sind mit einer Antriebswelle 14 gekoppelt. Beispielsweise sind das erste Hohlrad 27 und der zweite Steg 36 mit der Antriebswelle 14 einstückig ausgebildet. An dem zweiten Steg 36 ist ein zweites Planetenrad 35 drehbar gelagert. Das zweite Planetenrad 35 ist in Wirkeingriff mit einem dritten Sonnenrad 34. Das dritte Sonnenrad 34 ist mit einer Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 gekoppelt. Das dritte Sonnenrad 34 ist mit der Abtriebswelle 15 beispielsweise starr oder mittels eines Getriebes 32 wirkverbunden. Das Getriebe 32 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Eine Welle 38 wirkverbindet das dritte Sonnenrad 34 bzw. die Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 mit einem Nebenaggregat 16 des Antriebssystems 1. Die Welle 38 ist beispielsweise starr mit dem Nebenaggregat 16 oder mittels eines Getriebes 17 mit dem Nebenaggregat 16 wirkverbunden. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Das Nebenaggregat 16 kann mittels einer Kupplungseinrichtung von der Welle 38 wahlweise abkoppelbar ausgebildet sein. Die Welle 38 ist insbesondere koaxial zu der Abtriebswelle 15 angeordnet und vorzugsweise durch die als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 14 geführt.
Das zweite Planetenrad 35 ist weiterhin in Wirkeingriff mit einem dritten Hohlrad 37. Das dritte Hohlrad 37 ist mit einem Steg 13, an welchem das gestufte Planetenrad 7 drehbar gelagert ist, wirkverbunden. Insbesondere ist das dritte Hohlrad 37 mit dem Steg 13 einstückig ausgebildet.
Die zweite Außenverzahnung 9 des auf dem Steg 13 drehbar gelagerten Planetenrades 17 ist in Wirkeingriff mit einem zweiten Sonnenrad 19. Das zweite Sonnenrad 19 ist mit einer zweiten Sonnenradwelle 23 wirkverbunden. Beispielsweise ist das zweite Sonnenrad 19 mit der zweiten Sonnenradwelle 23 einstückig ausgebildet. Die Sonnenradwellen 22, 23 sind beispielsweise als Hohlwellen ausgebildet, wobei die Antriebswelle 14 zumindest abschnittsweise durch die zweite Sonnenradwelle 23 und die zweite Sonnenradwelle zumindest abschnittsweise durch die erste Sonnenradwelle 22 geführt ist. Die Wellen 14, 22, 23 sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Eine Welle 26 ist mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit dem Getriebe 5 gekoppelt. Die Welle 26 ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgeführt und koaxial zu der Antriebswelle 14 angeordnet, wobei die Antriebswelle 14 beispielsweise zumindest abschnittsweise durch die Welle 26 geführt ist. Die Welle 26 ist beispielsweise starr mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit einer Antriebswelle des Getriebes 5 wirkverbunden oder mittels eines Getriebes 25. Das optionale Getriebe 25 ist beispielsweise als Kettengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Die Antriebswelle 14 ist mittels eines ersten Schaltelementes 24 schaltbar mit der Welle 26 verbunden. Das erste Schaltelement 24 ist beispielsweise als gesteuertes Schaltelement 24, insbesondere als steuerbare Magnetkupplung oder schaltbarer Freilauf, oder als ungesteuertes Schaltelement 24, beispielsweise als Freilauf ausgebildet. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist mittels eines zweiten Schaltelementes 21 schaltbar mit der Welle 26 wirkverbunden. Das zweite Schaltelement 21 ist beispielsweise als gesteuertes oder als ungesteuertes Schaltelement 21 ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement 21 als Magnetkupplung, schaltbarer Freilauf oder als Freilauf ausgebildet.
Das Antriebssystem 1 weist das dritte, insbesondere gesteuerte, Schaltelement 33 auf und die Schaltelemente 21, 24 sind beispielsweise als Freiläufe ausgebildet. Zum Starten der Brennkraftmaschine wird das dritte Schaltelement 33 derart betätigt, dass die erste Sonnenradwelle 22 an dem Getriebegehäuse 20 in zumindest einer Drehrichtung festgelegt ist. Die Elektromaschine 4 wird in Rotation versetzt, wodurch mittels des Planetengetriebes 6 ein Drehmoment der Elektromaschine 4 auf die zweite Sonnenradwelle 23 übertragen wird. Die erste Sonnenradwelle 22 steht. Eine Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 ist deutlich niedriger als eine Drehzahl des Steges 13, dessen Drehzahl wiederum niedriger ist als eine Drehzahl der Antriebswelle 14, welche wiederum niedriger ist als eine Drehzahl der Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4. Mittels des zweiten Schaltelementes 21 ist die zweite Sonnenradwelle 23 an die Welle 26 zum Aufbringen eines Drehmomentes auf die Brennkraftmaschine 3 gekoppelt. Das zweite Schaltelement 21 verhindert, dass die zweite Sonnenradwelle 23 eine höhere Drehzahl aufweist als die Welle 26. Dadurch, dass die Drehzahl der Antriebswelle 14 deutlich höher ist als die Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23, ist die Sonnenradwelle 14 mittels des ersten Schaltelementes 24 von der Welle 26 abgekoppelt. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ist das zweite Schaltelement 21 vorzugsweise geschlossen und das erste Schaltelement 24 vorzugsweise geöffnet. Das erste Schaltelement 24 verhindert, dass die Welle 26 eine höhere Drehzahl aufweist als die Antriebswelle 14. Übersteigt die Drehzahl der Welle 26 die Drehzahl der Antriebswelle 14 fängt das erste Schaltelement 24 die Antriebswelle 14 und die Welle 26 treibt die Antriebswelle 14.
Sobald die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichend hohe Drehzahl aufweist, wird ein Einspritz- und Zündungsvorgang eingeleitet. Die Brennkraftmaschine 3 dreht eigenständig und die Drehzahl der Welle 26 wird soweit erhöht, bis die Drehzahl der Welle 26 die Drehzahl der zweiten Sonnenradwelle 23 erreicht. Dabei überholt die Welle 26 die zweite Sonnenradwelle 23, wodurch die Welle 26 mittels des zweiten Schaltelementes von der zweiten Sonnenradwelle 23 abgekoppelt wird. Sobald die Welle 26 die gleiche Drehzahl wie die Sonnenradwelle 23 aufweist, wird die Welle 26 mittels des zweiten Schaltelementes 21 von der zweiten Sonnenradwelle 23 abgekoppelt. Sobald die Drehzahl der Welle 26 gleich der Drehzahl der Antriebswelle 14 ist nimmt diese die Antriebswelle 14 mittels des ersten Schaltelementes 24 mit. Die Brennkraftmaschine 3 treibt die Antriebswelle 14 an. Die Elektromaschine 4 wird in einen generatorischen Betrieb umgeschaltet zur Erzeugung von elektrischer Energie. Im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 insbesondere geschlossen und das zweite Schaltelement 21 insbesondere geöffnet.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1 wird das dritte Schaltelement 33 derart betätigt, dass die erste Sonnenradwelle 22 von dem Getriebegehäuse 20 abgekoppelt ist. Die Elektromaschine 4 arbeitet in einem elektromotorischen Betrieb und bringt kein Drehmoment auf die Welle 26 auf. Die Elektromaschine 4 treibt mittels der Welle 38 lediglich das Nebenaggregat 16 an.
In einer Weiterbildung des Antriebssystems 1 ist das erste Schaltelement 24 als gesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet. Bei dieser Weiterbildung des Antriebssystems 1 kann die Elektromaschine 4 bei einem Boostbetrieb des Antriebssystems 1 zum Aufbringen eines Drehmomentes kumulativ zu einem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 auf die Welle 26 genutzt werden. Das gesteuerte Schaltelement 24 verhindert dabei ein ungewünschtes Abkoppeln der Welle 26 von der Antriebswelle 14. Die Antriebswelle 14 treibt die Welle 26.
In einer noch weiteren Weiterbildung des Antriebssystems 1 gemäß 8 ist die erste Sonnenradwelle 22 fest an dem Gehäuse 20 angebunden und die Schaltelemente 21, 24 sind als gesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet. Alternativ können die Schaltelemente 21, 24 als ungesteuerte Schaltelemente 21, 24 ausgebildet sein. Ferner unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel des Antriebssystems 1 gemäß der 8 von der Ausführungsform des Antriebssystems 1 nach 7 dadurch, dass die Welle 38 verzichtbar ist. Das Antriebsaggregat 16 ist vorzugsweise starr oder mittels des Getriebes 17 direkt mit der Antriebswelle 14 wirkverbunden. Optional kann eine Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Abkuppeln des Antriebsaggregates 16 von der Antriebswelle 14 vorgesehen sein.
Die Funktionalität dieser Weiterbildung nach 8 entspricht der Funktionalität der zuvor erläuterten Weiterbildungen des Antriebssystems 1 nach 7, wobei im Standbetrieb das zweite Schaltelement 21 derart betätigt ist, dass die Elektromaschine 4 kein Drehmoment auf die Brennkraftmaschine 3 überträgt. Für einen Boostbetrieb wird das erste Schaltelement 24 derart geschaltet, dass die Elektromaschine 4 ein zusätzliches Antriebsmoment in das Antriebssystem 1 einspeisen kann. Das heißt, die Antriebswelle 14 treibt die Welle 26.
Das Planetengetriebe 6 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 7 und 8 ermöglicht aufgrund des gestuften Planetenrades 7 ein erstes Übersetzungsverhältnis oder Startübersetzungsverhältnis i_Start zum Starten der Brennkraftmaschine 3 und ein zweites oder generatorisches Übersetzungsverhältnis i_gen zum generatorischen Antreiben der Elektromaschine 4, welches sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start unterscheidet und insbesondere größer als dieses ist. Ein gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} bzw. ein gesamtes generatorisches Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} resultiert aus dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis i_Start bzw. i_gen und gegebenenfalls den Übersetzungsverhältnissen i₂₅, i₃₂ der optionalen Getriebe 25, 32. Vorzugsweise ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis i_{gen_ges} zwischen 1,5 bis 3, insbesondere von kleiner als 2.
Die 9 illustriert ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems 1. Das Antriebssystem 1 weist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine 3 und ein mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppeltes Getriebe 5 auf. Weiterhin weist das Antriebssystem 1 eine Elektromaschine 4 und ein Getriebe, insbesondere ein als Plusgetriebe 6 ausgebildetes Planetengetriebe 6, auf, welches die Elektromaschine 4 und die Brennkraftmaschine 3 schaltbar wirkverbindet.
Eine Abtriebswelle 15 der Elektromaschine 4 ist mit einer Antriebswelle 14 wirkverbunden. Beispielsweise ist die Abtriebswelle 15 mit der Antriebswelle 14 starr oder mittels eines Getriebes 32 wirkverbunden. Das Getriebe 32 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Die Antriebswelle 14 ist mit einem Nebenaggregat 16 gekoppelt. Die Antriebswelle 14 kann beispielsweise mittels eines Getriebes 17 oder starr mit dem Nebenaggregat 16 gekoppelt sein. Das Getriebe 17 ist beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet. Ein drittes Sonnenrad 34 ist mit der Antriebswelle 14 verbunden. insbesondere ist das dritte Sonnenrad 34 einstückig mit der Antriebswelle 14 ausgebildet. Das dritte Sonnenrad 34 ist starr oder mittels eines Getriebes 32 mit der Abtriebswelle 15 wirkverbunden. Das Getriebe 32 kann beispielsweise als Riemengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet sein.
Ein zweites Planetenrad 35 steht in Wirkeingriff mit dem dritten Sonnenrad 34. Das zweite Planetenrad 35 ist an einem zweiten Steg 36 des Planetengetriebes 6 drehbar gelagert. Der zweite Steg 36 ist mit einer Welle 26 wirkverbunden. Insbesondere ist der zweite Steg 36 integraler Bestandteil der Welle 26. Die Welle 26 ist mit der Brennkraftmaschine 3 bzw. mit dem Getriebe 5 gekoppelt. Beispielsweise ist die Welle 26 mittels eines Getriebes 25 oder starr mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 oder mit einer Abtriebswelle des Getriebes 5 wirkverbunden. Das Getriebe 25 ist beispielsweise als Kettengetriebe oder als Zahnradgetriebe ausgebildet.
Ein Planetenrad 7 ist als gestuftes Planetenrad 7 gemäß der Ausführungsformen des Antriebssystems 1 nach den 1 bis 8 mit einer ersten Außenverzahnung 8 und mit einer zweiten Außenverzahnung 9 ausgebildet. Die erste Außenverzahnung 8 weist vorzugsweise einen geringfügig größeren Durchmesser als die zweite Außenverzahnung 9 auf. Die erste Außenverzahnung 8 steht mit einem zweiten Hohlrad 30 in Wirkeingriff. Das zweite Hohlrad 30 ist mit dem zweiten Steg 36 gekoppelt. Beispielsweise ist das zweite Hohlrad 30 einstückig mit dem zweiten Steg 36 ausgebildet. Die erste Außenverzahnung 8 des Planetenrades 7 steht weiterhin in Wirkeingriff mit einem Sonnenrad 19, welches mit einer Sonnenradwelle 23 gekoppelt ist. Beispielsweise ist das zweite Sonnenrad 19 einstückig mit der zweiten Sonnenradwelle 23 ausgebildet. Die zweite Sonnenradwelle 23 ist mittels eines gehäusefesten, ersten Schaltelementes 24 schaltbar an einem Getriebegehäuse 20 des Planetengetriebes 6 festlegbar. Das erste Schaltelement 24 ist beispielsweise als gesteuertes oder als ungesteuertes Schaltelement 24 ausgebildet. Insbesondere ist das erste Schaltelement 24 als Kupplung, beispielsweise als Magnetkupplung, als Freilauf oder als schaltbarer Freilauf ausgebildet.
Das Planetenrad 7 ist an einem Steg 13 drehbar gelagert. Der Steg 13 ist mit einem dritten Hohlrad 37, welches in Wirkeingriff mit dem zweiten Planetenrad 35 steht, wirkverbunden. Beispielsweise ist der Steg 13 einstückig mit dem dritten Hohlrad 37 ausgebildet. Die zweite Außenverzahnung 9 des gestuften Planetenrades 7 steht in Wirkeingriff mit einem ersten Hohlrad 27. Das erste Hohlrad 27 ist mit einer ersten Hohlradwelle 28 wirkverbunden. Beispielsweise ist das erste Hohlrad 27 einstückig mit der ersten Hohlradwelle 28 ausgebildet. Die erste Hohlradwelle 28 ist mittels eines gehäusefesten, ersten Schaltelementes 21 wahlweise an dem Getriebegehäuse 20 festlegbar. Das zweite Schaltelement 21 ist beispielsweise als gesteuertes oder als ungesteuertes Schaltelement 21 ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement 21 als Kupplung, insbesondere Magnetkupplung, schaltbarer Freilauf oder als Freilauf ausgebildet. Die Wellen 23, 26, 28 sind vorzugsweise als Hohlwellen ausgeführt, wobei die Antriebswelle 14 in der Welle 26, die Welle 26 in der Sonnenradwelle 23 und die Sonnenradwelle 23 in der ersten Hohlradwelle 28 zumindest abschnittsweise geführt ist. Die Wellen 14, 23, 26, 28 sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Die Funktionalität dieses Antriebssystems 1 wird im Folgenden erläutert. Zum Starten der Brennkraftmaschine 3 versetzt die Elektromaschine die Antriebswelle 14 in Rotation. Das zweite Schaltelement 21 ist derart geschaltet, dass die erste Hohlradwelle 28 an dem Getriebegehäuse 20 festgelegt ist. Die erste Hohlradwelle 28 steht. Die Welle 26 dreht deutlich langsamer als die Abtriebswelle 15. Aufgrund des geringfügigen Unterschiedes des Durchmessers der ersten Außenverzahnung 8 und der zweiten Außenverzahnung 9 wird zwischen dem ersten Hohlrad 27 und dem zweiten Hohlrad 23 eine zum Starten der Brennkraftmaschine ausreichend hohe Übersetzung erreicht. Bei dem Startvorgang der Brennkraftmaschine 3 ist das erste Schaltelement 24 geöffnet und das zweite Schaltelement 21 geschlossen. Ein gesamtes Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} zum Starten der Brennkraftmaschine beträgt beispielsweise 20. Das gesamte Startübersetzungsverhältnis i_{Start_ges} resultiert sich aus einem ersten Übersetzungsverhältnis oder Startübersetzungsverhältnis i_Start des Planetengetriebes 6 und gegebenenfalls aus Übersetzungsverhältnissen i₂₅, i₃₂ der optionalen Getriebe 25, 32. Mittels der Welle 26 wird zum Losdrehen der Brennkraftmaschine 3 beispielsweise auf eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 ein Drehmoment aufgebracht. Sobald die Brennkraftmaschine 3 eine ausreichend hohe Drehzahl aufweist, wird ein Zündungs- und Einspritzvorgang geschaltet. Die Brennkraftmaschine dreht selbstständig und versetzt die Welle 26 in Rotation.
Zum generatorischen Betrieb der Elektromaschine 4 oder in einem Boostbetrieb des Antriebssystems 1 wird das erste Schaltelement 24 derart geschaltet, dass die Sonnenradwelle 23 an dem Getriebegehäuse 20 festgelegt ist und das zweite Schaltelement 21 wird derart geschaltet, dass die erste Hohlradwelle 28 relativ zu dem Getriebegehäuse 20 rotierbar ist. Die Sonnenradwelle 23 steht. Das erste Schaltelement 24 ist geschlossen, das zweite Schaltelement 21 ist geöffnet. Das Planetengetriebe 6 übersetzt im generatorischen Betrieb des Antriebssystems 1 ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 3 mit einem zweiten oder generatorischen Übersetzungsverhältnis i_gen. Das zweite Übersetzungsverhältnis i_gen unterscheidet sich vorzugsweise von dem ersten Übersetzungsverhältnis i_Start, insbesondere ist das zweite Übersetzungsverhältnis i_gen kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis i_Start.
In einem Standbetrieb des Antriebssystems 1 zum Antreiben des Nebenaggregates 16 mittels der Elektromaschine 4 werden beide Schaltelemente 21, 24 derart geschaltet, dass die Elektromaschine 4 das Nebenaggregat 16 direkt antreibt, ohne ein Drehmoment auf die Welle 26 aufzubringen. Beide Schaltelemente 21, 24 sind in dem Standbetrieb des Antriebssystems 1 geöffnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19927521 A1 [0004]
EP 1038719 B1 [0005]
EP 1316721 B1 [0006]

Claims

Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), mit: einer Brennkraftmaschine (3); einer Elektromaschine (4); und einem Planetengetriebe (6) mit einem gestuften Planetenrad (7) zum wahlweisen miteinander Wirkverbinden der Brennkraftmaschine (3) und der Elektromaschine (4) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis (i_Start) oder mit einem sich von dem ersten Übersetzungsverhältnis (i_Start) unterscheidenden zweiten Übersetzungsverhältnis (i_gen).
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (6) als Plusgetriebe (6) ausgebildet ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (6) in die Brennkraftmaschine (3), insbesondere in einen Ölraum der Brennkraftmaschine (3), und/oder in ein mit der Brennkraftmaschine (3) wirkverbundenes Getriebe (5), insbesondere in einen Ölraum des Getriebes (5), integriert ist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gestufte Planetenrad (7) eine erste Außenverzahnung (8) mit einem ersten Durchmesser (D8) und eine zweite Außenverzahnung (9) mit einem zweiten Durchmesser (D9) aufweist, wobei der erste Durchmesser (D8) größer ist als der zweite Durchmesser (D9).
Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnungen (8, 9) starr miteinander verbunden sind.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übersetzungsverhältnis (i_Start) zum Starten der Brennkraftmaschine (3) mittels der Elektromaschine (4) dient, und dass das zweite Übersetzungsverhältnis (i_gen) zum generatorischen Betreiben der Elektromaschine (4) mittels der Brennkraftmaschine (3) dient.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übersetzungsverhältnis (i_Start) größer ist als das zweite Übersetzungsverhältnis (i_gen).
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) Schaltelemente (21, 24) zum wahlweisen miteinander Wirkverbinden der Brennkraftmaschine (3) und der Elektromaschine (4) mit dem ersten Übersetzungsverhältnis (i_Start) oder mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis (i_gen) aufweist.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (21, 24) als gesteuerte und/oder ungesteuerte Schaltelemente (21, 24) ausgebildet sind.
Antriebssystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (4) mit einem Nebenaggregat (16) des Antriebssystem (1) wirkverbunden ist.
Kraftfahrzeug (2) mit einem Antriebssystem (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.