DE102020004582A1 - Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Tobias Härter
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Juergen Schweitzer
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Jakub Romaniak
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem (1) für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2) und wenigstens einer elektrischen Maschine (7), mit zwei Teilgetrieben (15, 16), die jeweils eine Eingangswelle (13, 14) und eine gemeinsame Abtriebswelle (20) aufweisen, wobei die Eingangswellen (13, 14) koaxial angeordnet sind, mit einem zumindest vierwelligen Planetengetriebe (5), von welchem eine erste Welle (6) drehfest mit einer Kurbelwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) verbunden oder verbindbar ist, von denen eine zweite Welle (10) drehfest mit einer Rotorwelle (8) der wenigstens einen elektrischen Maschine (7) verbunden oder verbindbar ist, und von denen eine dritte und eine vierte Welle (11, 12) jeweils drehfest mit den Eingangswellen (13, 14) der beiden Teilgetriebe (15, 16) verbunden sind, ferner mit einer Verblockungskupplung (25), die zum drehfesten Verbinden von zwei der vier Wellen (6, 10, 11, 12) des Planetengetriebes (5) ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (15) genau zwei schaltbare Zahnradebenen (17, 18) aufweist, und dass das zweite Teilgetriebe (16) genau eine schaltbare Zahnradebene (21) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einer elektrischen Maschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Hybridantriebssysteme für Fahrzeuge sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise auf die DE 10 2010 053 757 A1 verwiesen werden, welche einen solchen Aufbau zeigt. Bei dem dort beschriebenen Aufbau ist die Elektromaschine koaxial angeordnet und es ist ein Planetensatz vorgesehen, wobei ein Schaltelement koaxial zum Planetensatz und zwei Schaltelemente auf einer sogenannten Vorgelegewelle vorgesehen sind.
  • Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die DE 10 2017 006 081 A1 verwiesen werden. Auch dort ist die elektrische Maschine koaxial angeordnet und auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite der verbauten Teilgetriebe ist ein Parksperrrad angeordnet. Ein Differential befindet sich auf der dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite der Teilgetriebe.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einem Elektromotor sowie einem Planetengetriebe bzw. Planetensatz und zwei Teilgetrieben anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Hybridantriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch.
  • Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem sieht ähnlich wie im Stand der Technik einen Aufbau mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens einer elektrischen Maschine vor. Es umfasst zwei Teilgetriebe, die jeweils eine Eingangswelle und eine Vorgelegewelle als gemeinsame Abtriebswelle aufweisen. Die Eingangswellen sind koaxial zueinander angeordnet. Außerdem ist ein zumindest vierwelliges Planetengetriebe vorgesehen, von welchem eine erste Welle drehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden oder verbindbar ist, und von denen eine zweite Welle drehfest mit einer Rotorwelle der wenigstens einen elektrischen elektrische verbunden oder verbindbar ist. Eine dritte und eine vierte Welle des Planetengetriebes sind mit dem jeweiligen Eingangswellen der beiden Teilgetriebe drehfest verbunden. Unter einer drehfesten Verbindung zweier drehbar gelagerter Elemente soll im Sinne der Erfindung verstanden werden, dass die beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.
  • Ferner ist eine Verblockungskupplung vorgesehen, welche zum drehfesten Verbinden von zweien der vier Wellen des Planetengetriebes ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es so, dass das erste Teilgetriebe genau zwei schaltbare Zahnradebenen und das zweite Teilgetriebe genau eine schaltbare Zahnradebene aufweist. Der Aufbau erlaubt es damit quasi, den im zuerst genannten Stand der Technik umgesetzten Aufbau nochmals deutlich zu vereinfachen. Damit kann bei kleinerer, kompakterer und leichterer Bauweise dieselbe Funktionalität erzielt werden. Insbesondere ist der Aufbau gegenüber dem im Stand der Technik genannten Aufbau deshalb kostengünstiger in der Umsetzung und erreicht eine vergleichbare Lebensdauer.
  • Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des Hybridantriebssystems für ein Fahrzeug entsprechend der Erfindung kann es ferner vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle drehmomentübertragend mit einem Achsgetriebe einer ersten Achse des mit dem Hybridantriebssystem ausgestatten Fahrzeugs verbunden ist. Dabei ist eine zweite elektrische Maschine vorgesehen, deren Rotorwelle mit einer weiteren Fahrzeugachse gekoppelt oder koppelbar ist. Hierdurch kann beim Betrieb sowohl des Hybridantriebssystems zum Antreiben der einen Achse als auch der weiteren elektrischen Maschine zum Antreiben der anderen Achse eine Allradfunktionalität erzielt werden. Der Aufbau bleibt dennoch außerordentlich einfach, effizient und kostengünstig.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine erste Variante eines Hybridantriebssystems in einem Aufbau gemäß der Erfindung;
    • 2 eine zweite Variante eines Hybridantriebssystems in einem Aufbau gemäß der Erfindung;
    • 3 eine dritte Variante eines Hybridantriebssystems in einem Aufbau gemäß der Erfindung; und
    • 4 eine vierte Variante eines Hybridantriebssystems in einem Aufbau gemäß der Erfindung;
  • In der Darstellung der 1 ist eine erste Variante eines Hybridantriebssystems 1 in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung zu erkennen. Das Hybridantriebssystem 1 umfasst einen angedeuteten Verbrennungsmotor 2, dessen Kurbelwelle 3 über eine Kupplung 4 mit einem Planetengetriebe bzw. Planetensatz 5 drehfest verbunden bzw. verbindbar ist. Das Planetengetriebe 5 weist dabei mindestens vier Wellen oder Elemente auf. Eine erste Welle 6 des Planetengetriebes 5 ist über die Kupplung 4 mit der Kurbelwelle 3 drehfest verbunden oder drehfest verbindbar.
  • Mit dem Element des Planetengetriebes 5 ist ein Sonnenrad oder ein Planetenträger oder ein Hohlrad gemeint. Bei dem Planetengetriebe 5 handelt es sich um ein zumindest vierwelliges Planetengetriebe, das also zumindest vier Elemente der oben beschriebenen Art.
  • Das Hybridantriebssystem 1 umfasst außerdem eine elektrische Maschine 7 mit einer Rotorwelle 8, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Zahnrad 9, also mittelbar mit einer zweiten Welle 10 des Planetengetriebes 5 fest verbunden ist. Auch hier wäre über eine zusätzliche Kupplung ein Aufbau, bei welchem sie lediglich mit der zweiten Welle 10 des Planetengetriebes 5 verbindbar ist, denkbar. Anstelle der Verbindung über das Zahnrad 9 könnten auch mehrere Zahnräder oder ein Ketten- bzw. Riementrieb vorgesehen sein, um die Rotorwelle 8 der elektrischen Maschine 7 mit der zweiten Welle 10 des Planetengetriebes 5 zu verbinden.
  • Das Planetengetriebe 5 umfasst außerdem zwei weitere Wellen, eine dritte mit 11 bezeichnete Welle sowie eine koaxial innerhalb der dritten Welle 11 angeordnete vierte Welle 12. Diese beiden Wellen 11, 12 sind drehfest mit Eingangswellen, nämlich einer ersten Eingangswelle 13 und einer zweiten Eingangswelle 14, von zwei Teilgetrieben, nämlich einem ersten Teilgetriebe 15 und einem zweiten Teilgetriebe 16, verbunden bzw. bilden diese aus. Die Eingangswellen 13, 14 sind also die Eingangswellen zweier Teilgetriebe 15, 16, von denen das erste mit der dritten Welle 11 verbundene Teilgetriebe 15 die erste Eingangswelle 13 umfasst sowie genau zwei schaltbare Zahnradebenen 17, 18, welche über ein Schaltelement 19 mit einer Vorgelegewelle 20 verbindbar sind. Das zweite Teilgetriebe 16 hat genau eine schaltbare Zahnradebene 21, welche über ein Schaltelement 22 mit der Vorgelegewelle 20 verschaltbar ist. Die Vorgelegewelle 20 als gemeinsame Abtriebswelle der beiden Teilgetriebe 15, 16 treibt über eine Zahnradpaarung 23, 16 im Beispiel der 1 ein angedeutetes Differential 24 und damit mindestens eine angetriebene Achse eines hier nicht dargestellten Fahrzeugs mit dem Hybridantriebssystem 1 an. Die beiden Teilgetriebe 15, 16 sind also in Vorgelegebauweise ausgeführt. Die angetriebenen Zahnräder sind wie die Eingangswellen 13, 14 bei beiden Teilgetrieben koaxial zueinander angeordnet. Vergleichbares gilt für die Schaltelemente 19, 22, also die wenigstens einen der beiden Teilgetriebe 15, 16 zugeordneten Schaltelemente. Auch diese sind koaxial zueinander angeordnet. Alle abgetriebenen Zahnräder der beiden Teilgetriebe, die einem Vorwärtsgang zugeordnet sind, sind koaxial zueinander auf der Vorgelegewelle 20 angeordnet.
  • Die Kupplung 4 zwischen der Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors und der ersten Welle 6 des Planetengetriebes 5 kann dabei lastschaltbar oder nicht lastschaltbar ausgebildet sein, also beispielsweise als Lamellen- oder als Klauenkupplung. Das Hybridantriebssystem 1 umfasst außerdem eine Verblockungskupplung 25, über welche zwei der Wellen des Planetengetriebes 5, hier die dritte Welle 11 und die vierte Welle 12 und damit faktisch die Eingangswellen 13 und 14 der beiden Teilgetriebe 15 und 16, wahlweise verblockt werden können. Auch diese Verblockungskupplung 25 kann lastschaltbar ausgebildet sein, oder nicht lastschaltbar, also beispielsweise in Form von Klauenschaltelementen .
  • Das zentrale Planetengetriebe 5 befindet sich in der Ausführungsvariante der 1 auf der dem Verbrennungsmotor 2 zugewandten Seite des Getriebes. Wenn in den beiden Teilgetrieben 15, 16 je ein Gang eingelegt ist, dann wirkt die mit dem Verbrennungsmotor 2 verbundene Welle 6 in Bezug auf die beiden mit den Teilgetrieben 15, 16 verbundenen Wellen 11 und 12 des Planetengetriebes 5 als Summenwelle. Wenn im zweiten Teilgetriebe 16 kein Gang eingelegt ist, dieses bzw. sein Schaltelement 22 also in der Neutralstellung steht, wirkt die dritte Welle 11, welche mit dem ersten Teilgetriebe 15 verbunden ist, in Bezug auf die beiden Wellen 6, 10, die mit dem Verbrennungsmotor 2 bzw. seiner Kurbelwelle 3 und der elektrischen Maschine 7 bzw. seine Rotorwelle 8 zumindest mittelbar verbunden sind, als Summenwelle.
  • Ergänzend zu dem hier dargestellten Aufbau könnte außerdem insbesondere im Bereich des ersten Teilgetriebes 15 eine weitere Stirnradstufe zur Bildung eines mechanischen Rückwärtsgangs vorgesehen sein. Der Aufbau ist dem Fachmann soweit klar, sodass auf eine entsprechende Darstellung hier verzichtet werden kann.
  • In der Darstellung der 2 ist nun eine alternative Variante des Hybridantriebssystems 1 dargestellt. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede dieser Variante gegenüber dem Aufbau der ersten Variante eingegangen. Dabei ist es so, dass die elektrische Maschine 7 anders als in der Darstellung der 1 koaxial zum Planetengetriebe 5 angeordnet ist und deren Rotorwelle 8 unmittelbar mit der zweiten Welle 10 des Planetengetriebes 5 verbunden ist oder dieser entspricht. Bezüglich der Teilgetriebe 15, 16 ist es so, dass das Schaltelement 22 des zweiten Teilgetriebes nicht mehr im Bereich der Vorgelegewelle 20 sitzt, sondern unmittelbar im Bereich der Eingangswelle 14 in das zweite Teilgetriebe 16. Auf der Vorgelegewelle 20 ist ein Parksperrrad 27 angeordnet. Ansonsten entspricht der in der Darstellung der 2 gezeigte Aufbau und die Funktionalität im Wesentlichen der im Rahmen der 1 erläuterten Merkmalen und Funktionen.
  • In der Darstellung der 3 ist eine dritte Variante des Hybridantriebssystems 1 zu erkennen. Sie stellt quasi eine Kombination aus den beiden Varianten der 1 und 2 dar. Sie hat, vergleichbar wie in der 1, das Schaltelement 22 wieder im Bereich der Vorgelegewelle 20, ebenso das aus 2 bekannte Parksperrrad 27. Auch die Anordnung der elektrischen Maschine 7 entspricht wieder der Anordnung gemäß 2.
  • In allen drei bisher beschriebenen Varianten ist es so, dass das zentrale Planetengetriebe 5 verbrennungsmotorseitig angeordnet war. In der nun in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist es dahingegen so, dass der Verbrennungsmotor 2, seine Kurbelwelle 3 sowie die Kupplung 4 auf der dem Planetengetriebe 5 abgewandten Seite des Getriebes angeordnet sind. Die erste Welle 6 des Planetengetriebes 5 verläuft dann koaxial zur dritten Welle 11 und zur vierten Welle 12. Die elektrische Maschine 7 ist wieder, wie es aus den beiden zuletzt beschriebenen Varianten bekannt ist, koaxial zum Planetengetriebe 5 angeordnet. Auf das Parksperrrad analog zur Darstellung in den 2 und 3 wird hier verzichtet. Der Abtrieb erfolgt hier über die Vorgelegewelle 20 und deren Zahnrad 23 nicht mehr direkt mit einem Zahnrad 26 in das Differential 24, sondern über ein weiteres Zahnrad 28 auf eine eigene Abtriebswelle 29.
  • Die verschiedenen Varianten der Hybridantriebsvorrichtung 1 aus den 1 bis 4 lassen sich dabei untereinander beliebig kombinieren. So kann z.B. die Ausführung gemäß 4 mit der Anordnung der elektrischen Maschine 7 gemäß 2, die Verwendung des Parksperrrades bei 1 oder 4, die Anordnung des Verbrennungsmotors 2 auf jeder beliebigen Seite des Getriebes und dergleichen im Rahmen des fachlichen Könnens kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010053757 A1 [0002]
    • DE 102017006081 A1 [0003]

Claims (2)

  1. Hybridantriebssystem (1) für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (2) und wenigstens einer elektrischen Maschine (7), mit zwei Teilgetrieben (15, 16), die jeweils eine Eingangswelle (13, 14) und eine gemeinsame Abtriebswelle (20) aufweisen, wobei die Eingangswellen (13, 14) koaxial angeordnet sind, mit einem zumindest vierwelligen Planetengetriebe (5), von welchem eine erste Welle (6) drehfest mit einer Kurbelwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) verbunden oder verbindbar ist, von denen eine zweite Welle (10) drehfest mit einer Rotorwelle (8) der wenigstens einen elektrischen Maschine (7) verbunden oder verbindbar ist, und von denen eine dritte und eine vierte Welle (11, 12) jeweils drehfest mit den Eingangswellen (13, 14) der beiden Teilgetriebe (15, 16) verbunden sind, ferner mit einer Verblockungskupplung (25), die zum drehfesten Verbinden von zwei der vier Wellen (6, 10, 11, 12) des Planetengetriebes (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (15) genau zwei schaltbare Zahnradebenen (17, 18) aufweist, und dass das zweite Teilgetriebe (16) genau eine schaltbare Zahnradebene (21) aufweist.
  2. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (20, 28) drehmomentübertragend mit einem Achsgetriebe einer ersten Achse des Fahrzeugs gekoppelt ist, und eine zweite elektrische Maschine vorgesehen ist, deren Rotorwelle mit wenigstens einer weiteren Achse des Fahrzeugs gekoppelt oder koppelbar ist.
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DE102021000983A1 (de) 2021-02-24 2022-08-25 Mercedes-Benz Group AG Hybridantriebssystem und Fahrzeug

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