Getriebe für einen Hybridantrieb
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 6,090,005 ist ein gattungsgemäßes Getriebe für ei¬ nen Antriebsstrang mit einem Hybridantrieb bekannt, in dem neben einer Brennkraftmaschine zwei elektrische Antriebsag¬ gregate als Antriebsaggregate eingesetzt sind. In einem ers¬ ten Planetensatz verzweigt die Leistung der Brennkraftmaschi¬ ne von einem mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Hohlrad auf einen ersten Leistungszweig, welcher einem Sonnenrad des ersten Planetensatzes zugeordnet ist, sowie einen zweiten Leistungszweig, welcher dem Steg des ersten Planetensatzes zugeordnet ist. An einem weiteren Getriebeelement, hier ein fester Kopplungspunkt, erfolgt eine Vereinigung des ersten Leistungszweiges mit der Leistung eines ersten elektrischen Antriebsaggregates zu einem dritten Leistungszweig, welcher mit dem Hohlrad für einen zweiten Planetensatz verbunden ist. Die Leistung des Steges des ersten Leistungszweiges verzweigt in einen vierten Leistungszweig, welcher als Zentralwelle das Getriebe durchsetzt, und einen fünften Leistungszweig, wel¬ cher den Steg des zweiten Planetensatzes bildet. In dem zwei¬ ten Planetensatz werden der dritte Leistungszweig und der fünfte Leistungszweig zu einem sechsten Leistungszweig zusam¬ mengeführt, der der Sonne des zweiten Planetensatzes zugeord¬ net ist. Der vierte und der sechste Leistungszweig können durch ein Getriebeelement, welches als ausgangsseitiges
Schaltelement ausgebildet ist, an eine Abtriebswelle des Ge¬ triebes übergeben werden. Die Stege des ersten Planetensatzes und des zweiten Planetensatzes sind drehfest miteinander ver¬ bunden.
Gemäß diesem Stand der Technik erfolgt somit nach einer ers¬ ten Verzweigung der Leistung im Bereich des ersten Planeten¬ satzes auf zwei Leistungszweige anschließend eine weitere Verzweigung eines Leistungszweiges, wodurch ein dritter mög¬ licher paralleler Leistungszweig und eine so genannte "Dop¬ pelverzweigung" gegeben ist. Neben den genannten mechanischen Leistungszweigen kann ein dem ersten bzw. dritten Leistungs¬ zweig zugeordnetes elektrisches Antriebsaggregat im Genera¬ torbetrieb arbeiten, wobei die generierte Leistung dem zwei¬ ten elektrischen Antriebsaggregat zugeführt wird, welches in Leistungsaustausch mit dem sechsten Leistungszweig steht, so dass ein zusätzlicher elektrischer Leistungszweig gegeben sein kann.
Aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2004 042 007.6 sind prinzipielle Strukturen und beispielhafte Ausführungsvarian¬ ten von Getrieberadsätzen für Getriebe bekannt, bei welchen in einem Fahrbereich eine einfache Leistungsverzweigung er¬ folgt, während in einem anderen Fahrbereich eine doppelte Leistungsverzweigung erfolgt.
Ein weiteres Getriebe für einen Hybridantrieb ist aus der US 6,478,705 Bl bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für einen Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Antriebaggregaten vorzuschlagen, wel¬ ches verbesserte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Bauraumgestaltung, der einzusetzenden Getriebeelemente, der erzielbaren Fahrbereiche und Gangstufen,
der erzielbaren Getriebespreizung, den in dem Getriebe und den zugeordneten Antriebsaggre¬ gaten vorherrschenden Drehzahlen und Momente sowie der Abstützbedingungen und Haltbarkeit, besitzt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist der erste Planetensatz oder der zweite Planetensatz als Doppelplanet ausgebildet. Als Doppelplaneten werden in diesem Zusammenhang zwei Planeten bzw. zwei Sätze von Planeten verstanden, welche miteinander in wälzender Ver¬ bindung stehen. Ein Planet bzw. Satz von Planeten kämmt radi¬ al innenliegend mit einer Sonne, während der andere Planet bzw. Satz von Planeten radial außenliegend mit einem Hohlrad des Planetensatzes kämmt.
Hierbei können die Planeten des Doppelplanetensatzes als ein¬ fach wirkende Planeten oder aber als Stufenplaneten ausgebil¬ det sein. Für derartige Stufenplaneten sind zwei einzelne Planeten axial benachbart starr miteinander verbunden sein, wobei diese Planeten gleiche oder unterschiedliche Durchmes¬ ser aufweisen können. Bei derartigen Bauformen mit einem Stu¬ fenplaneten kann eine Kopplung der Bewegungen von zwei Plane¬ tensätzen durch den Stufenplaneten erfolgen, wobei anstelle der ansonsten für zwei Planetensätze erforderlichen sechs be¬ teiligten Getriebeelemente (je Sonne, Planet, Hohlrad) ein Getriebeelement, beispielsweise ein einem Planetensatz zuge¬ ordnetes Hohlrad, entfallen kann. Infolge einer Ausbildung der beiden Planetensätze mit einem Stufenplaneten ergibt sich eine besonders gute Kopplung der Bewegungen in den beiden Planetensätzen und ein besonders kompakter Aufbau, da weitere Koppelglieder für die Bewegung der Planeten entfallen können.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei den be¬ kannten Getrieben mit einfacher und doppelter Leistungsver-
zwe-igung, vgl. beispielsweise US 6,090,005 Al oder US 6,478,705 Bl, infolge der gewählten Getriebestruktur die Drehzahlen der Planeten, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Abtriebswelle des Getriebes und/oder bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, sehr groß sind. Andererseits treten •die genannten hohen Drehzahlen der Planeten bei einer Ausnut¬ zung einer großen Getriebespreizung im Bereich eines so ge¬ nannten "Overdrives" auf, was für den Betrieb der Brennkraft¬ maschine relevant ist. Infolgedessen wird ein optimaler Be¬ trieb der Brennkraftmaschine in bestimmten Übersetzungsberei¬ chen der bekannten Getriebesysteme eingeschränkt bzw. sogar unmöglich.
Erfindungsgemäß wird für die doppelte Leistungsverzweigung ein so genanntes Koppelgetriebe (ein Differential mit vier Getriebeelementen, insbesondere vier Wellen) eingesetzt, wel¬ ches aus mindestens zwei einfachen Planetensätzen (Differen¬ tial mit drei Getriebeelementen, insbesondere Wellen) zusam¬ mengesetzt ist. Dabei gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, den ersten Planetensatz und den zweiten Planetensatz mitein¬ ander zu koppeln, ohne dass die Verhältnisse an den vier äu¬ ßeren Anschlusswellen (Getriebeantrieb, Getriebeabtrieb, zwei elektrische Antriebsaggregate) verändert werden. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Koppelgetriebes lässt sich die Drehzahl der Planetenräder auf ein Minimum reduzieren.
Dies hat einerseits eine Verbesserung des Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine zur Folge, was sich positiv auf ein Lärm- oder Abgasemissionsverhalten der Brennkraftmaschine, den Verbrauch, die Leistung der Brennkraftmaschine oder die Betriebsfestigkeit der Brennkraftmaschine auswirken kann. An¬ dererseits können die an sich unerwünschten hohen Planeten¬ drehzahlen vermindert werden, wodurch sich die Beanspruchun¬ gen der Planeten und der zugeordneten Lagerungen sowie etwai¬ ge beteiligte Trägheitskräfte minimieren lassen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist das vorge¬ nannte Getriebeelement, mittels dessen der erste Leistungs¬ zweig mit dem Leistungszweig eines weiteren Antriebsaggrega¬ tes und einem dritten Leistungszweig in Leistungsaustausch steht, ein Koppelelement, welches ein elektrisches Antriebs¬ aggregat, den ersten Leistungszweig und den dritten Leis¬ tungszweig mit einem einzigen vorgegebenen Drehzahlverhältnis miteinander verbindet. Im einfachsten Fall ist dieses Getrie¬ beelement als starre Getriebewelle oder Strebe ausgebildet, die den ersten und dritten Leistungszweig miteinander fest verbindet und in welche die Leistung des elektrischen An¬ triebsaggregates eingespeist wird. Abweichend kann zwischen erstem und drittem Leistungszweig oder einem der Leistungs¬ zweige und das elektrische Antriebsaggregat eine feste Über¬ setzung zwischengeschaltet sein.
Gemäß einer weiteren Variante des Getriebes kann das vorge¬ nannte Getriebeelement, mittels dessen der zweite Leistungs¬ zweig mit einem vierten und einem fünften Leistungszweig in Leistungsaustausch steht, ein Koppelelement sein, welches die vorgenannten Leistungszweige mit einem vorgegebenen Drehzahl- Verhältnis miteinander verbindet. Auch für diese Variante kann die Verbindung entweder in einem starren Koppelelement der drei Leistungszweige wie beispielsweise einer Getriebe¬ welle oder einer Hohlwelle bestehen oder aber über mindestens eine übersetzende Getriebestufe erfolgen.
Vorzugsweise ist zwischen den zweiten Planetensatz, mittels dessen die Zahl der möglichen parallelen Leistungsflüsse von 3 auf 2 reduziert wird, und dem Getriebeelement, über welches die verbleibenden zwei Leistungszweige, hier der vierte Leis¬ tungszweig und der sechste Leistungszweig, alternativ (bspw. für stufenlose Fahrbereiche) und/oder kumulativ (bspw. für feste Gangstufen) zusammengeführt werden, ein Teilgetriebe zwischengeschaltet. Ein derartiges Getriebe kann einerseits dazu dienen, in Richtung eines Differentials bzw. der ange¬ triebenen Räder die Übersetzung noch weiter zu modifizieren.
Des Weiteren kann das Teilgetriebe dazu dienen, die Zahl der mit den vorgenannten Getrieben und unter Leistungsverzweigung herbeigeführten Gänge oder Fahrbereiche zu vervielfältigen, indem die Leistung des zugeordneten Leistungszweiges in dem nachgeschalteten Teilgetriebe mit unterschiedlichen Überset¬ zungen weitergegeben wird. Das Teilgetriebe kann auch zur Re¬ alisierung einer Fahrrichtung (Vorwart- und Rückwärtsgang; Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereich) dienen. Das Teilgetriebe kann hierbei dem vierten und/oder dem sechsten Leistungszweig zugeordnet sein. Hierbei kann es sich um ein übliches Teilge¬ triebe in jedweder möglichen Bauweise, insbesondere in Plane¬ tenbauweise, handeln.
Für eine alternative Ausgestaltung der Erfindung steht der erste, insbesondere eingangsseitige Planetensatz nicht in Leistungsaustausch mit der Brennkraftmaschine, sondern mit dem elektrischen Antriebsaggregat. Gemäß dieser Variante sind bei an sich entsprechender Ausgestaltung der Strukturen des Getriebes die Getriebeelemente, in welche die Leistung eines ersten elektrischen Antriebsaggregates sowie der Brennkraft¬ maschine eingespeist werden, vertauscht. Hierdurch kann eine Veränderung der Drehzahl- und Momentenbereiche des ersten e- lektrischen Antriebsaggregates sowie der Brennkraftmaschine herbeigeführt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform des erfin¬ dungsgemäßen Getriebes steht das zweite elektrische Antriebs- aggregat in Leistungsaustausch mit dem sechsten Leistungs- zweig. Hiermit kann über das zweite elektrische Antriebsag¬ gregat der Antriebsbewegung des aus dem dritten Leistungs- zweig und dem fünften Leistungszweig erzeugten sechsten Leis¬ tungszweiges Leistung hinzugefügt oder entnommen werden. Be¬ sonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das zweite elektri¬ sche Antriebsaggregat in Leistungsaustausch mit dem ersten elektrischen Antriebsaggregat stehen kann, so dass eine e- lektrisches Antriebsaggregat zumindest teilweise gespeist wird von dem anderen elektrischen Antriebsaggregat. Weiterhin
steht das erste elektrische Antriebsaggregat in Wirkverbin¬ dung mit dem ersten bzw. dritten Leistungszweig, in welchen andere Drehzahlen und Leistungsflüsse gegeben sind als bei dem dem sechsten Leistungszweig zugeordneten zweiten elektri¬ schen Antriebsaggregat, so dass die elektrischen Antriebsag¬ gregate unterschiedlich ausgelegt werden können und/oder in unterschiedlichen Betriebspunkten arbeiten können. Das zweite elektrische Antriebsaggregat kann vor oder hinter einem et¬ waigen zusätzlichen Teilgetriebe angeordnet sein. Im Falle einer Anordnung vor dem zusätzlichen Teilgetriebe kann die Antriebsbewegung bzw. -leistung des zweiten elektrischen An¬ triebsaggregates mit Hilfe des zusätzlichen T'eilgetriebes in Richtung der angetriebenen Ränder übersetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind der sechste Leistungszweig und der vierte Leistungszweig nicht starr oder über eine vorgegebene Übersetzungsstufe in sämtli¬ chen Fahrbereichen miteinander verbunden, sondern vielmehr über eine Kupplung miteinander verbindbar. Demgemäß kann bei geöffneter Kupplung ein Antrieb lediglich über den sechsten Leistungszweig (oder nur über den vierten Leistungszweig) er¬ folgen, wodurch auch ein Antrieb bei lediglich einfacher Leistungsverzweigung und bspw. ein CVT-Betrieb ermöglicht ist. Bei geschlossener Kupplung sind hingegen mit dem zweiten Planetensatz sowie der Kupplung zwei Vereinigungsstellen ge¬ geben, so dass in den der geschlossenen Kupplung zugeordneten Fahrbereichen eine doppelte Leistungsverzweigung erfolgen kann. Dieses kann bspw. zu Realisierung mindestens einer fes¬ ten Gangstufe genutzt werden.
Vorzugsweise wird ein elektrisches Antriebsaggregat zumindest in Teilbetriebsbereichen als Generator betrieben, während das andere elektrische Antriebsaggregat (zumindest teilweise) von der durch den Generator gewonnenen Leistung gespeist wird. Hierdurch erfolgt eine elektrische Leistungsverzweigung, in welcher auf elektrischem Wege eine geeignete Übersetzung und Transformierung der Leistung erfolgen kann.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird in zu den vorgenannten Teilbetriebsbereichen abweichenden Teilbetriebs- bereichen das zuvor als Generator betriebene elektrische An¬ triebsaggregat als Motor betrieben, während das andere elekt¬ rische Antriebsaggregat als Generator betrieben wird. Hier¬ durch kann u.U. ohne eine Veränderung der Schaltzustände des Getriebes eine unterschiedliche Antriebsweise mit unter¬ schiedlichen resultierenden Abtriebsbedingungen bei gleichen oder unterschiedlichen Antriebsbedingungen durch die Brenn¬ kraftmaschine hergestellt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem genannten Teilbetriebsbereich um einen stufenlo¬ sen Fahrbereich, in dem jedes elektrisches Antriebsaggregat damit teilweise als Generator und teilweise als Motor betrie¬ ben wird.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß ermöglicht, dass das Getrie¬ be in einem Boostbetrieb einsetzbar ist, in welchem eine mo¬ torische Leistung eines Teiles der oder sämtlicher Antriebs¬ aggregate in dem Getriebe zur Überlagerung kommt . Hierbei wird den elektrischen Antriebsaggregaten Energie von einer elektrischen Speichereinheit wie einem Akkumulator zugeführt. Auf diese Weise kann in Sonderbetriebsbereichen eine beson¬ ders hohe Abtriebsleistung zur Verfügung gestellt werden. Der Akkumulator kann in anderen Betriebsbereichen durch eine Lichtmaschine oder aber durch im Generatorbetrieb arbeitenden elektrischen Antriebsaggregaten wieder aufgeladen werden.
Erfindungsgemäß werden ein stufenloser Fahrbereich für Rück¬ wärtsfahrt sowie ein stufenloser erster Fahrbereich für Vor¬ wärtsfahrt zur Verfügung gestellt, in welchen der vierte Leistungszweig keine Antriebsleistung überträgt. Durch eine stufenlose Veränderung der Übersetzung in den vorgenannten Fahrbereichen kann die Abtriebsbewegung verändert werden, oh¬ ne dass dieses zwingend mit einer Veränderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine einhergeht, so dass die Brennkraftma¬ schine in ausgewählten Betriebsbereichen betrieben werden kann. Hierdurch können beispielsweise Wirkungsgradverbesse-
rungen erzielt werden. Eine stufenlose Veränderung der Über¬ setzung und damit eine Veränderung der Geschwindigkeit eines mit dem Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugs kann erfindungsgemäß durch eine Veränderung der Antriebsbewegung der elektrischen Antriebsaggregate und/oder durch eine Veränderung der An¬ triebsbewegung der Brennkraftmaschine herbeigeführt werden. Durch diese alternativen oder kumulativen Maßnahmen kann ein variabler und verbesserter Betrieb des Kraftfahrzeugs herbei¬ geführt werden.
Des Weiteren existiert u. U. mindestens eine Gangstufe für eine Vorwärtsfahrt, in welcher die Leistung sowohl über den vierten Leistungszweig als auch über den sechsten Leistungs¬ zweig übertragen wird. Demgemäß erfolgt in dieser Gangstufe eine "doppelte Leistungsverzweigung" . Durch die vorgenannten drei Fahrbereiche kann eine große Getriebespreizung herbeige¬ führt werden, welche einen komfortablen Betrieb des Kraft¬ fahrzeugs ermöglicht.
Vorzugsweise weisen der Fahrbereich für die Rückwärtsfahrt und/oder der erste Fahrbereich für die Vorwärtsfahrt einen so genannten Geared-Neutral-Betriebspunkt auf. Demgemäß kann trotz rotierender Abtriebswelle der Brennkraftmaschine die Abtriebswelle des Getriebes eine Drehzahl von 0 aufweisen, wodurch unter Umständen ein Anfahrelement zwischen Brenn¬ kraftmaschine und Antriebsaggregat eingespart werden kann. Des Weiteren ergeben sich in dem Umgebungsbereich des Geared- Neutral-Betriebspunktes große Übersetzungen, welche in Ver¬ bindung mit Anfahrvorgängen von Vorteil sind. Für einen An¬ fahrvorgang in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung muss lediglich eine Verstellung der Antriebsbewegung des oder des elektrischen Antriebsaggregate (s) und/oder eine Verände¬ rung der Antriebsbewegung der Brennkraftmaschine erfolgen. Weiterhin ist es je nach Auslegung des Getriebes sowie der Antriebsbewegung der Antriebsaggregate auch möglich, dass ein stufenloser Fahrbereich sowohl eine Vorwärtsfahrt als auch eine Rückwärtsfahrt ermöglicht. In diesem Fall ist der Gea-
red-Neutral-Punkt damit nicht am Rand der Verstellmöglichkei¬ ten der Übersetzung in dem stufenlosen Fahrbereich angeord¬ net . Dieses kann nur für einen stufenlosen Fahrbereich gelten oder für mehrere derartige stufenlose Fahrbereiche.
Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Getriebe er¬ folgt die Schaltung der Fahrbereiche für Rückwärtsfahrt, des ersten Vorwärtsfahrbereiches und des zweiten Vorwärtsfahrbe- reiches sowie ergänzender Vorwärtsgangstufen mit fester Über¬ setzung über (lediglich) drei Schaltelemente. Hierbei dient ein Schaltelement als Kupplung zwischen dem vierten und sechsten Leistungszweig. Die beiden anderen Schaltelemente sind einem Teilgetriebe zugeordnet, beispielsweise als Brem¬ se. Diese Schaltelemente können für eine Schaltung zwischen Vorwärtsgangstufe und Rückwärtsgangstufe sowie für eine Schaltung der ersten konstanten Gangstufe und der zweiten konstanten Gangstufe eingesetzt werden, wodurch sich ein mul¬ tifunktionaler Einsatz ergibt, der vielfältige Betriebsmög¬ lichkeiten bei einem geringen Bauteilaufwand gewährleistet.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren Unter¬ ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geometrien der Bauteile, den relativen Abmessungen mehrerer dargestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirkverbindungen miteinander, zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher in verschiedenen Figuren dar¬ gestellter Ausgestaltungen, von Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche, auch unter Weglassung von Teilmerkmalen, ist eben¬ falls möglich.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Getrie¬ bes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Struktur eines erfindungsgemäßen Getriebes in einer ersten Variante,
Fig. 2 einen Räderplan für ein Getriebe entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Variante,
Fig. 3 eine Struktur eines erfindungsgemäßen Getriebes in einer zweiten Variante,
Fig. 4 einen Räderplan eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante für ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 einen Räderplan eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante für ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 einen Räderplan eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante für ein drittes Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 einen Räderplan eines erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante für ein viertes Ausführungsbeispiel und
Fig. 8 eine Prinzipskizze für das Zusammenwirken einer Brennkraftmaschine, der elektrischen Antriebsag¬ gregaten, eines Akkumulators und einer Steuerein¬ richtung.
Die Erfindung betrifft ein Getriebe 10 für einen Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere PKW, beispielsweise mit Standardan¬ trieb, Nutzfahrzeugen, Ackerfahrzeugen oder Sonderfahrzeugen, bei denen ein Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine (VM)
und zwei elektrischen Antriebsaggregaten El und E2 vorgesehen ist .
Die dargestellten und nachfolgend beschriebenen Getriebe ver¬ fügen sämtlich über einen stufenlos verstellbaren Rückwärts¬ fahrbereich sowie einen ersten und einen zweiten stufenlos verstellbaren Vorwärtsfahrbereich. Darüber hinaus sind zwei Gangstufen mit fester Übersetzung vorgesehen, welche sich an die vorgenannten stufenlosen Vorwärtsfahrbereiche anschließen oder zwischen diesen vorgesehen sind.
Für die dargestellten Ausführungsbeispiele ist das Getriebe in dem Fahrbereich für eine Rückwärtsfahrt und in dem ersten Fahrbereich für eine Vorwärtsfahrt in einem Geared-Neutral- Betriebspunkt betreibbar.
Gemäß Fig. 1 erfolgt in dem Getriebe 10 eine Verzweigung der Leistung einer Brennkraftmaschine VM im Bereich einer ersten Verzweigungsstelle A, insbesondere eines ersten Planetensat¬ zes 11, auf einen ersten Leistungszweig 12 und einen zweiten Leistungszweig 13. Über ein Getriebeelement 14 wird die Leis¬ tung des ersten Leistungszweiges 12 mit der Leistung des ers¬ ten elektrischen Antriebsaggregates El zum dritten Leistungs- zweig 15 zusammengeführt. Die Leistung des zweiten Leistungs¬ zweiges 13 verzweigt im Bereich des Verzweigungselementes 16 auf einen vierten Leistungszweig 17 und einen fünften Leis¬ tungszweig 18. Die Leistungszweige 15 und 18 werden über das Verknüpfungselement B, insbesondere den zweiten Planetensatz 19, zum sechsten Leistungszweig 20 zusammengeführt. Der Leis¬ tungszweig 20 wird unter Ergänzung der Leistung des zweiten elektrischen Antriebsaggregates E2 an dem Verknüpfungselement 21 einem Teilgetriebe 22 zugeführt. Bei den Leistungen der elektrischen Antriebsaggregate El, E2 kann es sich um positi¬ ve Leistungen (Motorbetrieb) oder negative Leistungen (Gene¬ ratorbetrieb) handeln.
Das Teilgetriebe 22 besitzt ein eingangsseitiges Verzwei¬ gungselement 23, von welchem die Leistung des sechsten Leis¬ tungszweiges 20 und des zweiten elektrischen Antriebsaggrega¬ tes auf den ersten Leistungspfad 24 und den zweiten Leis¬ tungspfad 25 verzweigt, welche alternativ betreibbar sind. In dem ersten Leistungspfad 24 wird die Leistung einem Verknüp¬ fungselement C, insbesondere einem Planetensatz 26, zuge¬ führt, dessen weitere Getriebeelemente mit einer Bremse S3 und über das Verknüpfungselement 27 mit der Getriebeabtriebs- welle 28 verbunden sind. Der zweite Leistungspfad 25 bildet ein Antriebselement für ein Verknüpfungselement D, insbeson¬ dere Planetensatz 29, bei dem ein weiteres Element mit der Bremse Sl verbunden ist sowie ein Abtrieb über das Verknüp¬ fungselement 27 zur Getriebeabtriebswelle 28 erfolgt.
Über das Schaltelement S2, insbesondere eine Kupplung, kann die Leistung des sechsten Leistungszweiges 20 (unter Ergän¬ zung mit der Leistung des zweiten elektrischen Antriebsaggre¬ gates E2 sowie unter Zwischenschaltung des zweiten Teilge¬ triebes 22) mit der Leistung des vierten Leistungszweiges 17 vereinigt werden, wodurch ein Direktgang gegeben ist.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Räderplan zur Umsetzung der in Fig. 1 dargestellten Struktur eines erfindungsgemäßen Ge¬ triebes. Demgemäß wird die Leistung der Brennkraftmaschine VM in den ersten Planetensatz 11 im Bereich eines Hohlrades 30 eingespeist. Der erste Leistungszweig 12 verläuft über eine Sonne 31 des Planetensatzes 11, während der zweite Leistungs¬ zweig 13 über einen Steg 32 des Planetensatzes 11 verläuft. Das Sonnenrad 31 ist drehfest mit einer Hohlwelle 33 verbun¬ den, welche gleichzeitig das Getriebeelement 14 bildet und in welche die Leistung des elektrischen- Antriebsaggregates El eingespeist wird. In dem dem Sonnenrad 31 gegenüberliegenden Endbereich ist die Hohlwelle 33 mit einem Sonnenrad 34 dreh¬ fest verbunden, welche Teil des dritten Leistungszweiges 15 ist und dem zweiten Planetensatz 19 zugeordnet ist.
Das Sonnenrad 34 kämmt radial außenliegend mit einem Stufen¬ planeten 35 im Bereich eines ersten Planeten 36. Ein auf der abgewandten Seite von dem ersten Planetensatz 11 liegender zweiter Planet 37 des Stufenplaneten 35, dessen Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser des Planeten 36 entspricht, kämmt radial innenliegend mit einem weiteren Planeten 38, der wiederum radial innenliegend mit einem Sonnenrad 39 kämmt, welches drehfest mit einer Hohlwelle 40 verbunden ist und dem sechsten Leistungszweig 20 zugeordnet ist. Die Hohlwelle 40 steht in Leistungsaustausch mit dem zweiten elektrischen An¬ triebsaggregat E2.
Steg 32 ist mit einer Zentralwelle 43 drehfest verbunden, welche dem zweiten Leistungszweig 13 zugeordnet ist und an der Verzweigungsstelle 16, hier eine drehfeste Verbindung, auf den ausgangsseitigen Abschnitt 44 der Zentralwelle 43, welche den vierten Leistungszweig 17 bildet, und den Steg 45, welcher den fünften Leistungszweig 18 bildet, verzweigt. Ge¬ genüber dem Steg 45 sind sowohl der Planet 38 als auch der Stufenplanet 35 drehbar gelagert.
Die Hohlwelle ragt in ein Teilgetriebe 22 hinein und besitzt im Bereich des Teigetriebes 22 Antriebszahnräder 41, 42, ins¬ besondere gleichen Durchmessers, welche jeweils mit Planeten 46, 47 kämmen. Der Planet 46 ist gegenüber einem Steg 48 drehbar gelagert, welcher über eine Bremse S3 mit einem Ge¬ häuse verbindbar ist. Planet 47 kämmt mit einem Hohlrad 49, welches über eine Bremse Sl mit dem Gehäuse verbindbar ist. Radial außenliegend kämmt der Planet 46 mit einem Hohlrad 50, welches fest mit dem den Planeten 47 lagernden Steg und aus- gangsseitig mit der Getriebeabtriebswelle 28 verbunden ist.
In der in Fig. 3 dargestellten Variante ist eine abweichende Struktur entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Struktur entspricht, bei der allerdings das erste elektrische An¬ triebsaggregat El und die Brennkraftmaschine VM derart ver-
tauscht sind, dass die Brennkraftmaschine VM ihre Leistung über das Getriebeelement 14 in das Getriebe 10 einspeist und das erste elektrische Antriebsaggregat El in Leistungsaus¬ tausch mit dem ersten Planetensatz 11 steht.
Fig. 4 zeigt eine Umsetzung der in Fig. 3 dargestellten Struktur in einen geeigneten erfindungsgemäßen Räderplan. In Fig. 4 (und in den folgenden Fig. 5 bis 7) entsprechen die ausgangsseitig der Trennebene X-X angeordneten Getriebeele¬ mente den in Fig. 2 dargestellten Getriebeelementen hinsicht¬ lich Gestaltung derselben, der Wirkungsweise und der Verknüp¬ fung miteinander.
Gemäß Fig. 4 speist das erste elektrische Antriebsaggregat Leistung in den ersten Planetensatz 11 im Bereich des ersten Sonnenrades 60 ein, welches mit dem Planeten 61 kämmt, dessen Steg 62 Teil des zweiten Leistungszweiges 13 ist. Ein Hohlrad 63 des Planetensatzes 11 ist Teil des ersten Leistungszweiges 12. Über eine Welle oder Strebe 64 ist das Hohlrad 63 mit ei¬ nem Hohlrad 65 verbunden, welches dem zweiten Planetensatz 19 zugeordnet ist und Teil des dritten Leistungszweiges 15 ist, da die Strebe 64 an dem Getriebeelement 14, hier eine steife Anbindung, mit der Brennkraftmaschine VM verbunden ist.
Der zweite Planetensatz 19 besitzt einen Doppelplaneten mit einem äußeren Planeten 66, der mit dem Hohlrad 65 kämmt, und einem mit dem Planeten 66 kämmenden radial innenliegenden Planeten 67, welcher radial innenliegend wiederum mit dem Sonnenrad 68 kämmt. Der den zweiten Leistungszweig 13 bilden¬ de Steg 62 ist radial außenliegend von der Strebe um die Pla¬ netensätze 11, 19 herumgeführt und lagert neben dem Planeten 61 die Planeten 66, 61. Die Leistung des zweiten Leistungs¬ zweiges verzweigt im Bereich Steges des zweiten Planetensat¬ zes 19, welcher in diesem Fall das Verzweigungselement 16 bildet, auf den vierten Leistungszweig 17, welcher mit der Zentralwelle 44 drehfest gekoppelt ist, und den fünften Leis¬ tungszweig 18 in den zweiten Planetensatz 19. Das Sonnenrad
68 ist Teil des sechsten Leistungszwei'ges 20 und starr mit der Hohlwelle 40 verbunden.
In Fig. 5 ist eine alternative Umsetzung der Struktur gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante in einem Räderplan dar¬ gestellt. Hierbei erfolgt eine Einspeisung der Leistung der Brennkraftmaschine VM im Bereich eines Hohlrades 70, welches mit einem Stufenplaneten 71 im Bereich eines Planeten 72 in AntriebsVerbindung steht. Radial innenliegend kämmt der Stu¬ fenplanet 71 mit einem weiteren Planeten 73, welcher wiederum mit einem Sonnenrad 74 in Antriebsverbindung steht. Planet 73 und Stufenplanet 71 sind über einen gemeinsamen Steg 75 gela¬ gert. Ein zweiter Planet 76 des Stufenplaneten 71, welcher auf der der Brennkraftmaschine abgelegenen Seite des Planeten 72 angeordnet ist, kämmt radial innenliegend mit einem Son¬ nenrad 77. Das Sonnenrad 77 ist antriebsfest mit einer Ab¬ triebswelle des ersten elektrischen Antriebsaggregates El verbunden. Das Sonnenrad 74 ist starr mit der Hohlwelle 40 verbunden, während der Steg 75 mit der Zentralwelle 44 dreh¬ fest verbunden ist. Gemäß Fig. 5 wird der zweite Planetensatz mit dem Planeten 76 und dem Sonnenrad 77 (und dem Hohlrad 70) gebildet, während der erste Planetensatz 11 mit dem Sonnenrad 74, dem Planeten 73, dem Planeten 72 und dem Hohlrad 70 ge¬ bildet ist.
Durch die Einspeisung der Leistung der Brennkraftmaschine VM über den Stufenplaneten 71 liegen in dem Stufenplaneten 71 mit den Planeten 72, 76 der erste Leistungszweig 12 und der dritte Leistungszweig 15 vor. Im Bereich des Kontaktes zwi¬ schen Planet 76 und Sonnenrad 77 und der Lagerung des Plane¬ ten über den Steg 75 ist ein Planetensatz 11 gegeben, im Be¬ reich dessen eine Aufteilung auf den ersten Leistungszweig 12 (Planet 76) und den zweiten Leistungszweig 13 (Steg 75) er¬ folgt. Die Leistung des Steges verzweigt zu dem fünften Leis¬ tungszweig 18, welcher dem Steg mit dem Planeten 73 zugeord¬ net ist und dem vierten Leistungszweig 17, welcher der Zent-
ralwelle 44 zugeordnet ist. Das Sonnenrad 74 ist dem sechsten Leistungszweig 20 zugeordnet.
In dem in Fig. 6 dargestellten Räderplan wird die Leistung der Brennkraftmaschine VM auf einen einem Stufenplaneten 80 zugeordneten Steg 86 sowie einen einem Planeten 81 zugeordne¬ ten Steg 87 aufgeteilt. Der Planet 81 kämmt radial innenlie¬ gend mit einem Sonnenrad 82 und radial außenliegend mit einem Planeten 83 des Stufenplaneten 80. Der weitere Planet 84 des Stufenplaneten 80 kämmt radial außenliegend mit einem Hohl- rad, welches drehfest mit der Zentralwelle 44 verbunden ist, und radial innenliegend mit einem Sonnenrad 88, das drehfest mit der Hohlwelle 40 verbunden ist. Der Steg 86 des Stufen¬ planeten 80 und der Steg 87 des Planeten 81 sind starr mit¬ einander und mit einer mit der Brennkraftmaschine VM in An¬ triebsverbindung stehenden Getriebeeingangswelle verbunden. Das Hohlrad 85 ist Teil des vierten Leistungszweiges, während der Steg 86 Teil des dritten Leistungszweiges 15 ist, Steg 87 Teil des ersten Leistungszweiges 12 ist und Planet 81 Teil des zweiten Leistungszweiges 13 ist. Das Sonnenrad 88 ist Teil des sechsten Leistungszweiges 20. Das Verzweigungsele¬ ment 16 ist in diesem Fall in das zweite Planetengetriebe 19 integriert, welches mit Hohlrad 85, Stufenplanet 80 und Son¬ nenrad 88 gebildet ist.
Einen weiteren Räderplan für ein beispielhaftes Getriebe für die in Fig. 3 dargestellte Struktur ist in Fig. 7 darge¬ stellt. Demgemäß steht das elektrische Antriebsaggregat El in Antriebsverbindung mit einem Sonnenrad 90, welches radial au¬ ßenliegend mit Doppelplaneten 91, 92 kämmt, die wiederum mit einem Hohlrad 93 in Antriebsverbindung stehen. Die Planeten 91, 92 sind über einen gemeinsamen Steg 94 drehbar gelagert, welcher drehfest mit einer Eingangswelle des Getriebes 10 verbunden ist, welche von der Brennkraftmaschine VM angetrie¬ ben ist. Das Hohlrad 93 ist über eine Hohlwelle oder Strebe 95 drehfest mit einem Hohlrad 96 verbunden. Das Hohlrad 96 kämmt radial innenliegend mit einem Planeten 97, der drehbar
gegenüber einem Steg 98 gelagert ist, welcher wiederum fest an den Steg 94 angebunden ist. Der Planet 97 kämmt radial in¬ nenliegend mit einem Sonnenrad 99, welches drehfest mit der Hohlwelle 40 verbunden ist. X)Ie Strebe 95 ist im Bereich des Verzweigungselements 16 starr an die Zentralwelle 44 angebun¬ den.
Der Steg 94 ist Teil des ersten Leistungszweiges 12, während das Hohlrad 93 Teil des zweiten Leistungszweiges 13 ist und die Leistung des ersten Leistungszweiges 12 und der Brenn¬ kraftmaschine in dem Steg 98 zu dem dritten Leistungszweig 15 zusammengeführt ist .
Fig. 8 zeigt eine Steuereinrichtung 100, die als integrale Steuereinrichtung oder mit mehreren Teilsteuereinrichtungen aufgebaut sein kann. Die Steuereinrichtung steht in Signal- Verbindung mit dem elektrischen Antriebsaggregat El, dem e- lektrischen Antriebsaggregat E2, der Brennkraftmaschine VM und einem Akkumulator 101 zur geeigneten Ansteuerung bzw. Re¬ gelung der vorgenannten Bauteile, insbesondere hinsichtlich der Drehzahlen und der Momente der Bauteile.
Des Weiteren werden der Steuereinrichtung Betriebsgrößen der vorgenannten Aggregate sowie weiterer Einheiten eines Kraft¬ fahrzeugs zugeführt, insbesondere Betriebskenngrößen und/oder Umgebungsparameter oder Fahrerparameter.
Darüber hinaus steht die Steuereinrichtung 100 mit den Bau¬ teilen El, E2, VM, 101 in Leistungsaustausch. Hierbei sind besipeilsweise folgende Betriebsarten möglich:
a) Das elektrische Antriebsaggregat El arbeitet im Genera¬ torbetrieb. Die gewonnene Leistung infolge dieses Gene¬ ratorbetriebs wird über die Steuereinheit 100 an das e- lektrische Antriebsaggregat E2 übergeben, welches in diesem Fall als Motor arbeitet.
b) Das elektrische Antriebsaggregat El arbeitet als Motor, wobei dem elektrischen Antriebsaggregat- El von dem e- lektrischen Antriebsaggregat E2 gewonnene Energie über die Steuereinheit 100 zugeführt "wird_
c) Der Akkumulator 101 speist über die Steuereinrichtung 100 das elektrische Antriebsaggregat El und/oder das e- lektrische Antriebsaggregat E2, wodurch zusätzlich zur Brennkraftmaschine eine Leistung in den Antriebsstrang eingespeist werden kann, insbesondere während eines so genannten "Boostbetriebes" .
d) Das elektrische Antriebsaggregat El und/oder das elekt¬ rische Antriebsaggregat E2 arbeiten im Generatorbetrieb, wobei die gewonnene Energie über die Steuereinrichtung 100 dem Akkumulator 101 zum (Wieder-)Auflagen des Akku¬ mulators 101 zugeführt wird.
e) Während gemäß d) vorrangig die Leistung von einem ande¬ ren Antriebsaggregat zurückgewonnen wird, insbesondere von der Brennkraftmaschine, ist auch über mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat eine Rekuperation von Be¬ wegungsenergie des Kraftfahrzeuges möglich während eines Bremsvorganges.
Die Steuereinrichtung 100 regelt während eines Betriebes, insbesondere während eines stufenlosen Fahrbereiches, die Drehzahl der elektrischen Antriebsaggregate El und/oder E2 derart, dass durch eine Überlagerung der unterschiedlichen Drehzahlen in dem Getriebe 10 ein gewünschtes Übersetzungs¬ verhältnis und damit eine gewünschte Abtriebsbewegung erzeugt werden kann.
Anhand der folgenden Tabelle werden die Anforderungen an eine geeignete Ansteuerung der elektrischen Antriebsaggregate in den einzelnen Fahrbereichen und Gangstufen dargestellt:
Legende :
Die Pfeile geben die Veränderung mit einer Erhöhung des Betrages der Geschwindigkeit des KFZ an. Moment des Verbrennungsmotors per Definition: +, Ab¬ triebsmoment per Definition: -
GN (Geared Neutral) : Abtrieb steht still (d.h. nab = 0) , Antrieb (Verbrennungsmotor) rotiert CVT: Fahrbereiche mit stufenlosem Übersetzungsbereich; CVT 1: einfach leistungsverzweigter Vorwärtsfahrbereich (Differential vorn); CVT 2: doppelt leistungsverzweig¬ ter Vorwärtsfahrbereich; CVT R: einfach leistungsver¬ zweigter Rückwärtsfahrbereich (Differential vorn) . Gang: Gangstufe mit fester Übersetzung
"beliebig" bedeutet, dass die Elektromaschine leer mit¬ laufen (d.h. M = 0) oder eine beliebige Antriebsleis¬ tung einspeist oder entnimmt
Boostbetrieb ist generell in allen Betriebszuständen möglich (El, E2 arbeiten/arbeitet dann als Motor)
Durch zusätzliche Schaltelemente ließen sich weitere Gänge realisieren.
Ein Wechsel zwischen dem ersten Fahrbereich und dem zweiten Fahrbereich erfolgt vorzugsweise an einem Synchronpunkt .