DE102021001318B4

DE102021001318B4 - Hybridantriebsystem

Info

Publication number: DE102021001318B4
Application number: DE102021001318.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Gitt; Tobias Haerter; Peter Hahn; Andreas Kolb; Klaus Riedl; Tobias Schilder; Jonathan Zeibig
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2041-03-12
Also published as: DE102021001318A1

Abstract

Hybridantriebssystem (1) umfassendeinen Verbrennungsmotor (2) mit einer Kurbelwelle (32),eine elektrische Maschine (3) mit einem Stator (4) und einem Rotor (5), ein Getriebe (39) mit einem zumindest dreiwelligen Planetenradsatz (16), welcher ein erstes Element (15), ein zweites Element (17) und ein drittes Element (31) aufweist,mit einem ersten Teilgetriebe (TG1), aufweisend eine erste Eingangswelle (14), welche mit dem ersten Element (15) des Planetenradsatzes (16) drehfest gekoppelt ist und welche um eine Eingangswellendrehachse drehbar ist, ein erstes Schaltelement (10) und ein zweites Schaltelement (11),mit einem zweiten Teilgetriebe (TG2), aufweisend eine zweite Eingangswelle (18), welche mit dem zweiten Element (17) des Planetenradsatzes (16) drehfest gekoppelt ist,mit einer Ausgangswelle (12), mittels welcher Drehmomente aus dem Getriebe (39) ausgeleitet werden können und zu welcher ein erstes Abtriebsrad (13) koaxial und drehfest angeordnet ist,wobei die Kurbelwelle (32) drehfest mit dem dritten Element (31) des Planetenradsatzes (16) gekoppelt oder koppelbar ist,wobei das erste Schaltelement (10) dazu ausgebildet ist, den Rotor (5) unter Umgehung des Planetenradsatzes (16) und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes (TG2) drehmomentübertragend mit der Ausgangswelle (12) zu koppeln,und dass das zweite Schaltelement (11) dazu ausgebildet ist, den Rotor (5) unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes (TG2) und unter Umgehung des zweiten Elementes (17) und unter Umgehung des dritten Elementes (31) drehmomentübertragend mit dem ersten Element (15) zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, dassdas erste Abtriebsrad (13) in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen axial überlappend zu dem Planetenradsatz (16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem mit einer elektrischen Maschine, einem Getriebe und einem Verbrennungsmotor nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2015 226 008 A1 ist eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug mit einem koaxialen Planetengetriebe als Abschnitt des Getriebes prinzipiell bekannt. Eine angekoppelte elektrische Maschine kann dabei über den Planetenradsatz in das Getriebe treiben. Der Aufbau hat dabei jedoch den Nachteil, dass er relativ aufwändig ist und, insbesondere in axialer Richtung des Getriebes, sehr viel Bauraum benötigt. Die DE 10 2018 222 023 A1 beschreibt einen weiteren derartigen Aufbau, welcher jedoch ebenfalls in axialer Richtung sehr viel Bauraum benötigt und darüber hinaus eine eingeschränkte Flexibilität bei der Einbindung der elektrischen Maschine mit sich bringt.
Die gattungsgemäße DE 10 2015 203 197 B3 zeigt ein Hybridantriebssystem, welches einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine sowie ein Getriebe mit einem getriebeeingangsseitig angeordneten Planetenradsatz, einem ersten Teilgetriebe und einem zweiten Teilgetriebe umfasst, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine wahlweise mit einer Ausgangswelle des Getriebes oder einem Element des Planetenradsatzes gekoppelt werden kann.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine solche prinzipiell bekannte Getriebeanordnung in einem Hybridantriebssystem dahingehend weiterzubilden, dass eine höhere Flexibilität erreiche wird und dass außerdem ein platzsparender Aufbau des Hybridantriebssystems möglich wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Hybridantriebssystem mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1 und mit den erfindungsgemäßen Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
Das Hybridantriebssystem umfasst also, ähnlich wie das Hybridantriebssystem im Stand der Technik, einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Ferner ist ein Getriebe umfasst mit einem zumindest dreiwelligen Planetenradsatz mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element. Der Planetenradsatz könnte prinzipiell auch vierwellig ausgebildet sein. Das Getriebe umfasst ferner ein erstes Teilgetriebe mit einer ersten Eingangswelle, welche mit dem ersten Element drehfest verbunden ist. Die Eingangswelle ist um eine Eingangswellendrehachse drehbar. Die Eingangswellendrehachse definiert eine axiale Hauptrichtung. Das erste Teilgetriebe umfasst ferner ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement.
Das Getriebe umfasst ferner ein zweites Teilgetriebe, welches eine zweite Eingangswelle aufweist, welche mit dem zweiten Element des Planetenradsatzes drehfest verbunden ist. Ferner ist eine Ausgangswelle umfasst, welche besonders vorteilhaft parallel zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist und zu welcher ein erstes Abtriebsrad koaxial und drehfest angeordnet ist. Die Ausgangswelle dient dazu, Drehmomente aus dem Getriebe auszuleiten. Vorteilhaft folgt im Drehmomentenfluss nach der Ausgangswelle ein Differentialgetriebe.
Der Verbrennungsmotor ist derart an das Getriebe angebunden, dass die Kurbelwelle drehfest mit dem dritten Element des Planetenradsatzes gekoppelt oder koppelbar ist.
Auf bekannte Weise ist das erste Schaltelement dazu ausgebildet, den Rotor unter Umgehung des Planetenradsatzes und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes drehmomentübertragend mit der Ausgangswelle zu koppeln, und das zweite Schaltelement ist dazu ausgebildet ist, den Rotor unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes und unter Umgehung des zweiten Elementes und unter Umgehung des dritten Elementes drehmomentübertragend mit dem ersten Element zu koppeln. Auf diese Weise lassen sich günstige Getriebegänge realisieren, wobei zugleich energiesparende Betriebsmodi realisiert werden können.
Erfindungsgemäß ist das erste Abtriebsrad in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen axial überlappend zu dem Planetenradsatz angeordnet. Insbesondere bei einer verbrennungsmotornahen Anordnung des Planetenradsatzes kann dieser Aufbau ein außerordentlich kompakt gestaltetes Hybridantriebssystem ermöglichen.
In dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem kann damit der Planetenradsatz unter anderem zur Überlagerung von Drehmomenten der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors genutzt werden. Er ist dabei mit den mindestens drei, insbesondere mit genau drei Wellen ausgeführt. Über die Anbindung der elektrischen Maschine durch das erste Schaltelement ist es nun möglich, mittels der elektrischen Maschine bei Bedarf die Ausgangswelle und damit letztlich den Abtrieb des Getriebes zu treiben oder andererseits über das zweite Schaltelement die erste Eingangswelle zu treiben und so mittels der elektrischen Maschine Drehmoment auf das erste Element des Planetenradsatzes zu übertragen. Es entsteht somit eine sehr hohe Flexibilität des gesamten Hybridantriebssystems.
Eine erste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erstes Teilgetriebe eine erste Radpaarung aufweist, welche ihrerseits ein koaxial zu der Ausgangswelle angeordnetes erstes Losrad umfasst, wobei die Ausgangswelle parallel zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist, wobei die erste Radpaarung ein mit dem ersten Losrad kämmendes und koaxial zu der ersten Eingangswelle angeordnetes zweites Losrad umfasst, wobei die elektrische Maschine unter Umgehung des Planetenradsatzes und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes drehmomentübertragend an die erste Radpaarung angebunden oder anbindbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine überaus platzsparende Anbindung der elektrischen Maschine in der durch die Erfindung definierten Weise realisieren. Außerdem lässt sich damit zugleich eine Übersetzungsstufe des ersten Teilgetriebes darstellen.
Unter einer Radpaarung im Sinne der Erfindung sind dabei grundsätzlich zwei in Eingriff stehende Zahnräder zu verstehen, wobei eines von beiden koaxial zu einer Welle und das andere der beiden koaxial zu einer anderen Welle angeordnet ist. Die Welle und die andere Welle sind dabei parallel und versetzt zu einander angeordnet. Die beiden Zahnräder der Radpaarung sind in einer senkrecht zu den Wellen stehenden gemeinsamen Radebene angeordnet.
Darunter, dass ein Element, welches koaxial zu einer Drehachse angeordnet ist, und ein zweites Element, welches koaxial zu einer weiteren Drehachse angeordnet ist, die zu der Drehachse parallel versetzt angeordnet ist, „in einer Radebene angeordnet“ sind, ist zu verstehen, dass die beiden Elemente von einer senkrecht zu den Drehachsen angeordneten Ebene, nämlich der gemeinsamen Radebene, geschnitten werden.
Vorteilhaft verlaufen alle Drehachsen der Zahnräder des Getriebes parallel zu der Eingangswellendrehachse oder fallen mit dieser zusammen. Vorteilhaft stehen somit alle Radebenen des Getriebes senkrecht zu der Eingangswellendrehachse.
Drehfest gekoppelt im Sinne der Erfindung bedeutet dabei eine drehfeste Verbindung oder Kopplung zweier drehbar gelagerter Elemente, welche koaxial zu einander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit derselben Winkelgeschwindigkeit drehen bzw. umlaufen. Koppelbar in diesem Zusammenhang bedeutet, dass die Kopplung nicht dauerhaft ist, sondern beispielsweise über ein Schaltelement oder eine Kupplung bei Bedarf hergestellt wird oder gelöst werden kann.
Im Falle der Kurbelwelle ist dabei unter der drehfesten Kopplung entweder eine direkte Anbindung an dem dritten Element des Planetenradsatzes zu verstehen, oder eine indirekte Anbindung über eine Einrichtung zur Tilgung und/oder Dämpfung von Drehschwingungen, beispielsweise einem Zweimassenschwungrad. Die drehfeste Kopplung von Kurbelwelle und drittem Element ist dann quasi drehfest oder im Wesentlichen drehfest derart, dass aufgrund der Schwingungstilgung leichte Drehzahldifferenzen zwischen Kurbelwelle und drittem Element auch bei drehfester Kopplung möglich sind.
Im Falle der Anbindung der Kurbelwelle an das dritte Element des Planetenradsatzes kann unter koppelbar verstanden werden, dass eine Trennkupplung zwischen dem dritten Element des Planetenradsatzes und der Kurbelwelle angeordnet ist, mit deren Hilfe die drehfeste Kopplung darstellbar ist.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems sieht dabei vor, dass ein Verblockungsschaltelement vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken. Das Verblockungsschaltelement kann dabei mindestens zwei beliebige der drei Elemente des Planetenradsatzes miteinander koppeln, sodass keine Relativdrehzahl zwischen den drei Wellen möglich ist. Man spricht in diesem Zusammenhang von einem verblockten Planetenradsatz. Das Verblockungsschaltelement selbst ist dabei vorzugsweise formschlüssig ausgeführt, da typischerweise in dem Augenblick, in dem die Verblockung geschaltet werden soll, ohnehin eine vergleichbare Drehzahl der Elemente vorliegt oder mittels der elektrischen Maschine einstellbar ist. Es könnte jedoch auch reibschlüssig und damit lastschaltfähig ausgeführt werden.
Die elektrische Maschine selbst kann dabei gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems an das erste Losrad der ersten Radpaarung angebunden sein. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, die elektrische Maschine an das zweite Losrad der ersten Radpaarung anzubinden, was im Wesentlichen dieselbe Flexibilität bei der Einbindung der elektrischen Maschine und der Nutzung des Planetenradsatzes bietet.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann es ferner vorgesehen sein, dass das erste Teilgetriebe auf der im Verbrennungsmotor abgewandten Seite des Getriebes angeordnet ist. Alternativ dazu könnte es auch auf der verbrennungsmotornahen Seite ausgebildet sein. Die Anordnung auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite des Getriebes, also auf der motorfernen Seite, bietet jedoch eine ideale Ausnutzung des Bauraums, insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren außerordentlich günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems der Planetenradsatz auf der dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite des Getriebes angeordnet ist. Damit wird auf der einen Seite der Planetenradsatz und auf der anderen Seite das erste Teilgetriebe angeordnet, um so eine in axialer Richtung der Eingangswellen sehr kurzen Aufbau des gesamten Hybridantriebsstrangs zu ermöglichen. Dieser lässt sich dann insbesondere quer zur Fahrtrichtung in ein Fahrzeug wie beispielsweise einen PKW einbauen.
Alternativ zu einer solchen Anordnung des Planetenradsatzes auf der verbrennungsmotornahen Seite des Getriebes wäre es gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems auch denkbar, den Planetenradsatz zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe zu positionieren, um so quasi eine Integration in das Innere des Getriebes zu ermöglichen.
Eine sehr günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann es außerdem vorsehen, dass das Getriebe eine weitere Ausgangswelle umfasst. Koaxial zu der Ausgangswelle ist vorteilhaft ein drehfest mit ihr verbundenes erstes Abtriebsrad angeordnet. Koaxial zu der weiteren Ausgangswelle ist vorteilhaft ein drehfest mit ihr verbundenes zweites Abtriebsrad angeordnet.
Gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung kann es dabei vorgesehen sein, dass beide Abtriebsräder, axial überlappend zu dem Planetenradsatz angeordnet sind. Die beiden Abtriebsräder können dann axial überlappend also in derselben Radebene oder zumindest dieselbe Radebene schneidend, angeordnet sein. Ein Differential, welches mit dem einen oder beiden der Abtriebsräder kämmt, kann dann ebenfalls relativ nah an dem Verbrennungsmotor platziert werden, was die insgesamt benötigte axiale Baulänge reduziert.
Das zweite Teilgetriebe kann dann in dem beschriebenen Aufbau für die Übersetzungen sorgen. Es kann als lastschaltbares Mehrganggetriebe ausgeführt sein, welches entweder manuell oder automatisiert betätigt wird. Vorzugsweise kann es als nichtlastschaltbares und insbesondere automatisiert betätigtes Mehrganggetriebe ausgebildet sein, bei welchem eventuelle Drehzahlunterschiede beispielsweise durch den Einsatz der elektrischen Maschine ausgeglichen werden können, um so auf die Lastschaltfähigkeit verzichten zu können und den Aufbau des Hybridantriebssystems noch kompakter und einfacher zu machen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems können koaxial zu der zweiten Eingangswelle ein Festrad oder ausschließlich Festräder angeordnet sein, welche mit einem Losrad oder mit Losrädern, die koaxial zu der Ausgangswelle oder gegebenenfalls koaxial zu der weiteren Ausgangswelle angeordnet sind kämmt oder kämmen. Dieser Aufbau erleichtert ebenfalls den kompakten Aufbau des Getriebes, da im Bereich der zweiten Eingangswelle, welche beispielsweise als Hohlwelle um die erste Eingangswelle herum gestaltet sein kann, lediglich Festräder vorgesehen werden müssen, so dass in diesem Bereich keine Schaltelemente für die Zahnräder notwendig sind, sondern dementsprechend zu den dann als Losräder ausgebildeten Zahnräder auf der einen oder den beiden Ausgangswellen wandern. Sie sind dort, quasi im radialen Außenbereich des Getriebes einfacher und mit einer weniger komplexen Führung von Steuerleitungen betätigbar.
Wie bereits erwähnt kann zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Planetenradsatz bzw. dem dritten Element des Planetenradsatzes eine Trennkupplung vorgesehen sein, insbesondere eine reib- und/oder formschlüssige Kupplung im Bereich der Kurbelwelle oder der Verbindung zwischen einem optionalen Zweimassenschwungrad als Drehschwingungsdämpfer und dem ersten Element des Planetenradsatzes.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems,
2 eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems,
3 eine zweite mögliche Ausführungsform sowie
4 eine dritte mögliche Ausführungsform.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug. Das Hybridantriebssystem 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Kurbelwelle 32, einen Rotor 5 einer in der 1 nicht weiter dargestellten elektrischen Maschine 3, ein Getriebe 39 mit einem zumindest dreiwelligen Planetenradsatz 16. Der Planetenradsatz 16 weist auf bekannte Weise drei Elemente auf, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. Diese drei Elemente werden als ein erstes Element 15, ein zweites Element 17 und ein drittes Element bezeichnet.
Das Hybridantriebssystem 1 weist ferner ein erstes Teilgetriebe TG1 auf, welches seinerseits eine erste Eingangswelle 14 aufweist, welche mit dem ersten Element 15 des Planetenradsatzes 16 drehfest gekoppelt ist und welche um eine Eingangswellendrehachse drehbar ist. Es ist erfindungsunerheblich, ob das erste Element 15 das Sonnenrad oder der Planetenträger oder das Hohlrad ist. Das erste Teilgetriebe weist ferner ein erstes Schaltelement 10 und ein zweites Schaltelement 11 auf.
Das Hybridantriebssystem 1 weist ferner ein zweites Teilgetriebe TG2 mit einer zweiten Eingangswelle 18 auf, welche mit dem zweiten Element 17 des Planetenradsatzes 16 drehfest gekoppelt ist. Ferner weist das Hybridantriebssystem 1 eine Ausgangswelle 12 auf, mittels welcher Drehmomente aus dem Getriebe 39 ausgeleitet werden können.
Die Kurbelwelle 32 ist mittels einer Trennkupplung K0 drehfest mit dem dritten Element 31 des Planetenradsatzes 16 koppelbar. Das dritte Element 31 ist hierzu drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 40 verbunden. Die Getriebeeingangswelle 40 ist drehfest mit einer Ausgangskopplungshälfte der Trennkupplung K0 verbunden.
In einem Drehmomentfluss zwischen der Kurbelwelle 32 und dem dritten Element kann ein Torsionsdämpfer angeordnet sein, der leichte Verdrehungen zwischen der Kurbelwelle 32 und dem dritten Element 31 auch im gekoppelten Zustand erlaubt. Der Begriff „drehfest“ meint hier „drehfest bis auf leichte mögliche Torsionsbewegungen“.
Erfindungswesentlich ist nun, dass das das erste Schaltelement 10 derart angeordnet ist, dass mittels des ersten Schaltelementes 10 der Rotor 5 unter Umgehung des Planetenradsatzes 16 und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes drehmomentübertragend mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt werden kann. Mit anderen Worten kann mittels des ersten Schaltelementes 10 der der Rotor 5 derart mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt werden, dass Drehmomente ausgehend von dem Rotor 5 an die Ausgangswelle 12 übertragen werden können, ohne dass diese Drehmomente über den Planetenradsatz 16 und das zweite Teilgetriebe TG2 geleitet werden, was insgesamt eine verlustarme Drehmomentübertragung bedeutet. In einem Drehmomentfluss zwischen dem Rotor 5 und der Ausgangswelle 12 kann vorteilhaft eine zu dem ersten Teilgetriebe TG1 gehörige Übersetzungsstufe U angeordnet sein. Erfindungswesentlich ist ferner, dass ein zweites Schaltelement 11 derart angeordnet ist, dass mittels des zweiten Schaltelementes 11 der Rotor 5 unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes TG2 und unter Umgehung des zweiten Elementes 17 und unter Umgehung des dritten Elementes 31 drehmomentübertragend mit dem ersten Element 15 gekoppelt werden kann. Mit anderen Worten kann mittels des zweiten Schaltelementes 11 der Rotor 5 derart mit dem ersten Element 15 gekoppelt werden, dass Drehmomente ausgehend von dem Rotor 5 über das erste Element 15 in den Planetenradsatz 16 eingeleitet werden können.
In der Darstellung der 2 ist eine erste konkretere Ausführungsform des Hybridantriebssystems 1 gezeigt. Das Hybridantriebssystem 1 umfasst einerseits den mit 2 bezeichneten Verbrennungsmotor und andererseits die mit 3 bezeichnete elektrische Maschine, von welcher hier ein Stator 4 und der Rotor 5 exemplarisch angedeutet sind. Der Rotor 5 ist mit einem Rotorritzel 6 verbunden, welches über ein Zwischenrad 7, genauso gut wäre hier eine Kette, ein Zahnriemen oder dergleichen denkbar, mit einem ersten Losrad 8 einer ersten Radpaarung RP1 kämmt. Diese erste Radpaarung RP1 umfasst neben dem ersten Losrad 8 ein zweites Losrad 9, wobei beide über jeweils ein Schaltelement, nämlich das erste Schaltelement 10 und das zweites Schaltelement 11, schaltbar ausgeführt sind. Die erste Radpaarung RP1 bildet auch die Übersetzungsstufe U des ersten Teilgetriebes TG1 aus.
Das erste Losrad 8 ist koaxial zu der Ausgangswelle 12 angeordnet, und lässt sich über das erste Schaltelement 10 bei Bedarf mit dieser drehfest koppeln. Am gegenüberliegenden axialen Ende der Ausgangswelle 12 ist ein erstes Abtriebsrad 13 angeordnet und drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden. Das erste Abtriebsrad 13 kämmt permanent mit einem nicht dargestellten Eingangsrad eines Differentialgetriebes.
Das zweite Losrad 9 der ersten Radpaarung RP1 ist koaxial zu der ersten Eingangswelle 14 beziehungsweise zu deren Eingangswellendrehachse angeordnet und kann bei Bedarf über das zweite Schaltelement 11 drehfest mit dieser verbunden werden.
Die erste Eingangswelle 14 ist ihrerseits drehfest mit dem ersten Element 15 des Planetenradsatzes 16 verbunden. In dieser ersten Ausführungsform ist das erste Element 15 als das Sonnenrad des Planetenradsatzes 16 ausgebildet. Das zweite Element 17 des Planetenradsatzes 16, hier der Planetenträger, ist drehfest mit der zweiten Eingangswelle 18 verbunden.
Die zweite Eingangswelle 18 ist Teil des zweiten Teilgetriebes TG2, welches außerdem zwei koaxial zu der zweiten Eingangswelle 18 angeordnete Festräder, nämlich ein erstes Festrad 21 und ein zweites Festrad 22, sowie zwei koaxial zu der Ausgangswelle 12 angeordnete Losräder, nämlich ein drittes Losrad 23 und ein viertes Losrad 24, aufweist.
Das dritte Losrad 23 kämmt permanent mit dem ersten Festrad 21, das vierte Losrad 24 kämmt permanent mit dem zweiten Festrad 22. Zu dem zweiten Teilgetriebe TG2 gehören außerdem eine weitere Ausgangswelle 19 sowie zwei zu der weiteren Ausgangswelle 19 koaxial angeordnete Losräder, nämlich ein fünftes Losrad 25 und ein sechstes Losrad 26. Das fünfte Losrad 25 kämmt permanent mit dem ersten Festrad 21, das sechste Losrad 26 kämmt permanent mit dem zweiten Festrad 22.
Mit der weiteren Ausgangswelle 19 ist ein zweites Abtriebsrad 20 drehfest verbunden. Das zweite Abtriebsrad 20 kämmt permanent mit dem nicht dargestellten Eingangsrad des Differentials.
Zwischen dem dritten Losrad 23 und dem vierten Losrad 24 sind ein dem dritten Losrad 23 zugeordnetes und zu diesem koaxial angeordnetes drittes Schaltelement 27 und ein dem vierten Losrad 24 zugeordnetes und koaxial zu diesem angeordnetes viertes Schaltelement 28 angeordnet. Das dritte Schaltelement 27 und das vierte Schaltelement 28 sind vorteilhaft als ein Doppelschaltelement ausgebildet, welches über einen einzigen Aktor, zum Beispiel mit einer einzigen Schaltgabel, betätigbar ist.
Zwischen dem fünften Losrad 25 und dem sechsten Losrad 26 sind ein dem fünften Losrad 25 zugeordnetes und zu diesem koaxial angeordnetes fünftes Schaltelement 29 und ein dem sechsten Losrad 26 zugeordnetes und koaxial zu diesem angeordnetes sechstes Schaltelement 30 angeordnet. Das fünfte Schaltelement 29 und das sechste Schaltelement 30 sind vorteilhaft als ein weiteres Doppelschaltelement ausgebildet, welches über einen einzigen weiteren Aktor, zum Beispiel mit einer einzigen weiteren Schaltgabel, betätigbar ist.
Die beiden Abtriebsräder 13, 20 sind besonders vorteilhaft axial überlappend zu dem Planetenradsatz 16 angeordnet. „Axial überlappend angeordnet“ bedeutet bezogen auf die Richtung der Eingangswellendrehachse in einem gleichen axialen Bereich angeordnet.
Der Planetenradsatz 16 selbst weist neben dem bereits angesprochenen ersten Element 15, hier der Sonne, und dem zweiten Element 17, hier dem Planetenträger, das dritte Element 31, hier das Hohlrad, auf. Das dritte Element 31 in Form des Hohlrads ist mit der Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 2 verbunden, wobei in dieser Verbindung ein hier optional angedeutetes Zweimassenschwungrad 33 als Einrichtung zur Dämpfung und/oder Tilgung von Drehschwingungen angeordnet sein kann, sodass also die eigentliche Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 2 mit dem einen Element des Zweimassenschwungrads 33 und der zum Planetenradsatz 16 weiterführende Teil der Kurbelwelle 32 mit einem zweiten Element des Zweimassenschwungrads 33 und dem Planetenradsatz 16 verbunden ist.
Außerdem ist vorteilhaft aber zunächst nicht erfindungswesentlich die Trennkupplung K0 in dieser Verbindung vorgesehen, wie es in 2 dargestellt ist. Zwei beliebige der Elemente 15, 17, 31 des Planetenradsatzes 16 können bei Bedarf miteinander verbunden werden, um den Planetenradsatz 16 so zu verblocken. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel findet diese Verblockung des Planetenradsatzes 16 durch eine Verbindung des Hohlrads als drittes Element 31 und der Sonne als erstes Element 15 statt. Hierfür ist ein bereits in 1 dargestelltes Verblockungsschaltelement 34 vorgesehen, welches hier vorteilhaft in axialer Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen zwischen der Trennkupplung K0 und dem Planetenradsatz 16 angeordnet ist.
Das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 11 der ersten Radpaarung RP1 liegen dabei vorteilhaft in einer gemeinsamen Radebene. In axialer Richtung ausgehend von dem ersten Teilgetriebe TG1 mit der ersten Radpaarung RP1 in Richtung zu dem Verbrennungsmotor 2 gesehen, folgt auf die erste Radpaarung RP1 eine erste Doppelradebene, welche das erste Festrad 21, das dritte Losrad 23 und das fünfte Losrad 25 umfasst. Dann folgen das koaxial zu der Ausgangswelle 12 angeordnete Doppelschaltelement und das koaxial zu der weiteren Ausgangswelle 19 angeordnete weitere Doppelschaltelement. Die beiden Doppelschaltelemente sind vorteilhaft in einem gleichen axialen Bereich angeordnet.
Auf die Doppelschaltelemente folgt dann weiter in dieser axialen Richtung eine zweite Doppelradebene mit dem zweiten Festrad 22, dem koaxial zu der Ausgangswelle 12 angeordneten vierten Losrad 24 und dem koaxial zu der weiteren Ausgangswelle 19 angeordneten sechsten Losrad 26. Weiter in der axialen Richtung folgt dann eine Radebene, welche die beiden Abtriebsräder 13, 20 umfasst. Die Radebene, die die Abtriebsräder 13, 20 schneidet, schneidet vorteilhaft auch den Planetenradsatzes 16 und das hier nicht dargestellte Eingangsrad des Differentialgetriebes, welches mit den beiden Abtriebsrädern 13, 20 kämmt. Vorteilhaft liegen somit die Abtriebsräder 13, 20, der Planetenradsatz 16 und das nicht dargestellt Eingangsrad des Differentialgetriebes in einer gemeinsamen Radebene.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel folgt dann weiter in der axialen Richtung mit Blick zu dem Verbrennungsmotor 2 das Verblockungsschaltelement 34, die Trennkupplung K0 und das optionale Zweimassenschwungrad 33.
Das zweite Teilgetriebe TG2, welches als Mehrganggetriebe mit den angesprochenen Doppelradebenen ausgebildet ist, ist dazu ausgebildet, verschiedene Übersetzungen bereitzustellen, wobei sich die Anzahl der Übersetzungen sich dann durch den Planetenradsatz 16, beispielsweise in der hier dargestellten dreiwelligen Ausführung, nochmals verdoppeln lässt.
Ergänzend ist es auch denkbar, und gemäß einer bevorzugten Ausbildung auch so realisiert, dass über das Mehrganggetriebe ein Rückwärtsgang realisiert ist, wobei in diesem Falle eine der hier dargestellten vier Radpaarungen durch eine Rückwärtsgang-Radanordnung, zum Beispiel mit einem zusätzlichen Zwischenrad, ersetzt wird, um die Drehrichtung entsprechend umzukehren.
In der Darstellung der 3 ist eine zweite Ausführungsform des Hybridantriebssystems 1 dargestellt. Nachfolgend wird nun lediglich auf die Unterschiede in dieser Variante des Hybridantriebssystems 1 gegenüber der in 2 beschriebenen Variante weiter eingegangen. Dieselben Bauelemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein erster Unterschied liegt im Bereich der Anbindung der elektrischen Maschine 3. Diese ist nun nicht mehr direkt an das erste Losrad 8 der ersten Radpaarung RP1 angebunden, sondern wie es durch den gestrichelten mit 35 bezeichneten Pfeil angedeutet ist, direkt an das zweite Losrad 9 dieser ersten Radpaarung RP1. Mit anderen Worten kämmt bei der zweiten Ausführungsform das Zwischenrad 7 permanent mit dem zweiten Losrad 9.
Das über das zweite Schaltelement 11 schaltbare zweite Losrad 9 ist wie gehabt koaxial zu der ersten Eingangswelle 14 angeordnet, das erste Losrad 8 koaxial zu der Ausgangswelle 12. Der Aufbau des zweiten Teilgetriebes TG2 als Mehrganggetriebe ist vergleichbar wie in der Darstellung der 2 ausgeführt. Das zweite Schaltelement 11 des zweiten Losrads 9 „klappt“ auf die andere Seite der ersten Eingangswelle 14, um hier Platz für das Verblockungsschaltelement 34 des Planetenradsatzes 16 zu schaffen, welches nun die erste Eingangswelle 14 mit der zweiten Eingangswelle 18 verblockt und damit bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel den Planetenradträger 17 wiederum als zweites Element mit dem Hohlrad, welches hier das erste Element 15 bildet. Das dritte Element 31 des Planetenradsatzes bildet in diesem Fall die Sonne aus, welche über die Trennkupplung K0 und das ebenso wie die Trennkupplung K0 optionale Zweimassenschwungrad 33 mit der Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 2 verbunden ist. Ansonsten ist der Aufbau einschließlich der Anordnung der beiden Abtriebsräder 13, 20 in derselben Ebene wie der Planetenradsatz 16 vergleichbar zu dem in 2 beschriebenen Aufbau der ersten Ausführungsform.
In der Darstellung der 4 ist eine dritte Ausführungsform des Hybridantriebssystems 1 dargestellt, bei welcher der Planetenradsatz 16 nun nicht mehr an einem dem Verbrennungsmotor 2 zugewandten Rand des Getriebes 39 angeordnet ist, sondern hier axial zwischen dem ersten Teilgetriebe TG1 und dem zweiten Teilgetriebe TG2. Die elektrische Maschine 3 ist wie bei der zweiten Ausführungsform, wie es durch den gestrichelten Pfeil 35 angedeutet ist, mit dem zweiten Losrad 9 der ersten Radpaarung RP1 gekoppelt.
Das zweite Schaltelement 11 ist wie bei der zweiten Ausführungsform der 3, also axial auf der dem Verbrennungsmotor 2 abgewandten Seite des zweiten Losrads 9, angeordnet. Bei der dritten Ausführungsform gemäß 4 ist auch das erste Schaltelement 10 auf der dem Verbrennungsmotor 2 abgewandten Seite der ersten Radpaarung RP1 angeordnet. Bei der dritten Ausführungsform liegen somit vorteilhaft das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 11 in einer gemeinsamen Radebene.
Die erste Eingangswelle 14 ist dann wiederum mit dem Hohlrad als erstes Element 15 des Planetenradsatzes 16 drehfest verbunden, die zweite koaxial zur ersten Eingangswelle 14 angeordnete Eingangswelle 18 ist wiederum mit dem Planetenradträger 17 als zweitem Element des Planetenradsatzes 16 verbunden. Das dritte Element 31 des Planetenradsatzes 16, hier also die Sonne, ist über eine innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Eingangswelle 18 verlaufenden und hier mit 36 bezeichneten Zwischenwelle über die optionale Trennkupplung K0 mit der Kurbelwelle 32 verbunden.
Vorteilhaft ist hier außerdem das Verblockungsschaltelement 34 axial in einer gemeinsamen Radebene mit den Abtriebsrädern 13, 20 und dem nicht dargestellten Eingangsrad des Differentialgetriebes angeordnet.
Über das Verblockungsschaltelement 34 lässt sich die zweite Eingangswelle 18 mit dieser Zwischenwelle 36, welche fluchtend zur ersten Eingangswelle 14 verläuft, verbinden und damit der Planetenträger als zweites Element 17 mit der Sonne als drittem Element 31 verblocken.
Der Aufbau des Getriebes 39 und die Anbindung der elektrischen Maschine 3 sind vergleichbar wie in 3 bzw. bezüglich des Getriebes 39 in den beiden vorhergehenden 2 und 3 ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebssystem
2: Verbrennungsmotor
3: Elektrische Maschine
4: Stator
5: Rotor
6: Rotorritzel
7: Zwischenrad
8: Erstes Losrad
9: Zweites Losrad
10: Erstes Schaltelement
11: Zweites Schaltelement
12: Ausgangswelle
13: Erstes Abtriebsrad
14: Erste Eingangswelle
15: Erstes Element
16: Planetenradsatz
17: Zweites Element
18: Zweite Eingangswelle
19: Weitere Ausgangswelle
20: Zweites Abtriebsrad
21: Erstes Festrad
22: Zweites Festrad
23: Drittes Losrad
24: Viertes Losrad
25: Fünftes Losrad
26: Sechstes Losrad
27: Drittes Schaltelement
28: Viertes Schaltelement
29: Fünftes Schaltelement
30: Sechstes Schaltelement
31: Drittes Element
32: Kurbelwelle
33: Zweimassenschwungrad
34: Verblockungsschaltelement
35: Pfeil
36: Zwischenwelle
39: Getriebe
40: Getriebeeingangswelle
K0: Trennkupplung
RP1: Erste Radpaarung
TG1: Erstes Teilgetriebe
TG2: Zweites Teilgetriebe
U: Übersetzungsstufe

Claims

Hybridantriebssystem (1) umfassend einen Verbrennungsmotor (2) mit einer Kurbelwelle (32), eine elektrische Maschine (3) mit einem Stator (4) und einem Rotor (5), ein Getriebe (39) mit einem zumindest dreiwelligen Planetenradsatz (16), welcher ein erstes Element (15), ein zweites Element (17) und ein drittes Element (31) aufweist, mit einem ersten Teilgetriebe (TG1), aufweisend eine erste Eingangswelle (14), welche mit dem ersten Element (15) des Planetenradsatzes (16) drehfest gekoppelt ist und welche um eine Eingangswellendrehachse drehbar ist, ein erstes Schaltelement (10) und ein zweites Schaltelement (11), mit einem zweiten Teilgetriebe (TG2), aufweisend eine zweite Eingangswelle (18), welche mit dem zweiten Element (17) des Planetenradsatzes (16) drehfest gekoppelt ist, mit einer Ausgangswelle (12), mittels welcher Drehmomente aus dem Getriebe (39) ausgeleitet werden können und zu welcher ein erstes Abtriebsrad (13) koaxial und drehfest angeordnet ist, wobei die Kurbelwelle (32) drehfest mit dem dritten Element (31) des Planetenradsatzes (16) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das erste Schaltelement (10) dazu ausgebildet ist, den Rotor (5) unter Umgehung des Planetenradsatzes (16) und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes (TG2) drehmomentübertragend mit der Ausgangswelle (12) zu koppeln, und dass das zweite Schaltelement (11) dazu ausgebildet ist, den Rotor (5) unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes (TG2) und unter Umgehung des zweiten Elementes (17) und unter Umgehung des dritten Elementes (31) drehmomentübertragend mit dem ersten Element (15) zu koppeln, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abtriebsrad (13) in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen axial überlappend zu dem Planetenradsatz (16) angeordnet ist.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erstes Teilgetriebe (TG1) eine erste Radpaarung (RP1) aufweist, welche ihrerseits ein koaxial zu der Ausgangswelle (12) angeordnetes erstes Losrad (8) umfasst, wobei die Ausgangswelle (12) parallel zu der ersten Eingangswelle (14) angeordnet ist, wobei die erste Radpaarung (RP1) ein mit dem ersten Losrad (8) kämmendes und koaxial zu der ersten Eingangswelle (14) angeordnetes zweites Losrad (9) umfasst, wobei die elektrische Maschine (3) unter Umgehung des Planetenradsatzes (16) und unter Umgehung des zweiten Teilgetriebes (TG2) drehmomentübertragend an die erste Radpaarung (RP1) angebunden oder anbindbar ist.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verblockungsschaltelement (34) vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz (16) zu verblocken.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) unter Umgehung des zweiten Losrades (9) an das erste Losrad (8) der ersten Radpaarung (RP1) angebunden ist.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) unter Umgehung des ersten Losrades (8) an das zweite Losrad (9) der ersten Radpaarung (RP1) angebunden ist.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen der Verbrennungsmotor (2), der Planetenradsatz (16) und das erste Teilgetriebe (TG1) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen der Planetenradsatz (16) zwischen dem ersten Teilgetriebe (TG1) und dem zweiten Teilgetriebe (TG2) angeordnet ist.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (39) eine weitere Ausgangswelle (19) aufweist, zu welcher ein zweites Abtriebsrad (20) koaxial und drehfest angeordnet ist.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Abtriebsrad (20) in Richtung der Eingangswellendrehachse gesehen axial überlappend zu dem Planetenradsatz (16) angeordnet ist.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu der zweiten Eingangswelle (18) ein Festrad (21, 22) oder ausschließlich Festräder (21, 22) angeordnet ist/sind, welches/welche mit einem Losrad (23, 24, 25, 26) oder mit Losrädern (23, 24, 25, 26) auf der Ausgangswelle (12) sowie gegebenenfalls auf der weiteren Ausgangswelle (19) kämmt/kämmen.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich eines Drehmomentflusses zwischen der Kurbelwelle (32) und dem dritten Element (31) des Planetenradsatzes (16) eine Trennkupplung (K0) angeordnet ist.