Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug sowie das

Kraftfahrzeug selbst.

Im Zuge der Notwendigkeit, die Umweltverträglichkeit von Fahrzeugen zu verbessern, bestehen unterschiedliche Ansätze der zumindest teilweisen Elektrifizierung von Fahrzeugen.

Einer dieser Ansätze besteht in dem sogenannten Plug-In-Hybrid, welches ein

Kraftfahrzeug mit elektromotorischem sowie verbrennungstechnischem Antrieb ist, dessen Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch am Stromnetz geladen werden kann.

Ein nahezu optimales Verhältnis zwischen Energieverbrauch, kostengünstiger Fertigung, Bauraumbedarf, Schaltkomfort sowie Lebensdauer stellt dabei das

Hybridmodul VW DQ400 der Volkswagen AG dar.

In der DE 10 2009 038 344 A1 ist ein Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug dargestellt, welches eine elektrische Antriebsmaschine, eine

Verbrennungskraftmaschine sowie ein mehrere Gänge aufweisendes Schaltgetriebe und eine Doppelkupplung sowie eine Trennkupplung aufweist. Die als Rotorkupplung ausgeführte Trennkupplung dient der Übertragung eines Drehmomentes von einer Moduleingangswelle auf die Doppelkupplung.

Gegenüber einem solchen Hybridmodul wird jedoch eine weitere Reduktion

hinsichtlich der Fertigungskosten angestrebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Energieverbrauch und Bauraumbedarf mit einem hohen Schaltkomfort sowie einer langen Lebensdauer bei kostengünstiger Fertigung verbindet. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antriebsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen diese Antriebsanordnung sind in den Unteransprüchen 2-9 angegeben. Ergänzend wird ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung nach Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine, eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein mehrere Gänge aufweisendes Schaltgetriebe und eine Mehrfachkupplung, insbesondere eine Doppelkupplung. Ein erstes Getriebeelement des Schaltgetriebes, insbesondere ein erstes Zahnrad oder ein erstes Zahnradpaar, ist drehmomentfest mit einem ersten Rotationsteil der Mehrfachkupplung gekoppelt, und ein zweites Getriebeelement des Schaltgetriebes, insbesondere ein zweites Zahnrad oder ein zweites Zahnradpaar, ist drehmomentfest mit einem zweiten Rotationsteil der Mehrfachkupplung gekoppelt. Ein Rotor der elektrischen Antriebsmaschine ist drehmomentfest mit einem dritten

Rotationsteil der Mehrfachkupplung gekoppelt. Die Verbrennungskraftmaschine ist drehmomentfest mit einem dritten Getriebeelement, insbesondere einem dritten Zahnrad, des Schaltgetriebes gekoppelt.

Ein jeweiliges Getriebeelement bzw. Zahnrad bildet zusammen mit einem weiteren

Zahnrad eine Übersetzungsstufe und somit einen Gang des Schaltgetriebes aus. Das jeweilige Getriebeelement kann dabei auch zwei rotationsfest miteinander gekoppelte

Zahnräder und somit ein Zahnradpaar aufweisen, die jeweils bei Kämmung mit weiteren Zahnrädern eine Übersetzungsstufe ausbilden.

Dadurch, dass die Verbrennungskraftmaschine direkt und vorzugweise ohne

Zwischenschaltung einer Trennkupplung an das Schaltgetriebe über eine

Übersetzungsstufe angeschlossen ist, können die Verbrennungskraftmaschine sowie die elektrische Antriebsmaschine für unterschiedliche Drehzahl- bzw. Drehmomentbereiche ausgelegt sein, so dass sich eine Minimierung des für den Antriebsstrang benötigten Bauraumes realisieren lässt.

Die Erfindung ist jedoch nicht zwingend ohne eine Trennkupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Schaltgetriebe auszuführen.

Die Erfindung stellt somit ein sogenanntes integriertes Hybridgetriebe dar, wobei das Schaltgetriebe vorzugsweise ein automatisiertes Getriebe ist und die

Mehrfachkupplung als eine nasse Doppelkupplung ausgeführt ist. Es bietet sich hier an, dass die elektrische Antriebsmaschine der Hauptantrieb ist, und die

Verbrennungskraftmaschine ein wahlweise zuschaltbarer Nebenantrieb ist.

Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass das dritte Getriebeelement, mit welchem die Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist, ein Zahnrad zur Realisierung der

Übersetzung des 4. Ganges des Schaltgetriebes ist.

Durch diese mechanische Kopplung der Verbrennungskraftmaschine über eine Verzahnung, insbesondere über eine Stirnradverzahnung, mit dem Schaltgetriebe, lässt sich das von der Verbrennungskraftmaschine eingetragene Drehmoment sowie die Drehzahl bereichsweise durch die gewählte Übersetzung zwischen

Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebeelement des Schaltgetriebes bestimmen.

In dieser Ausgestaltung bietet es sich an, dass das als drittes Getriebeelement dienende Zahnrad das Antriebsrad der Übersetzung des 4. Ganges des

Schaltgetriebes ist.

Weiterhin kann dass die Kopplung der Verbrennungskraftmaschine mit dem dritten Getriebeelement über einen Freilauf, eine schaltbare Schiebemuffe, oder ein

Differentialgetriebe realisiert sein.

Der Start der Verbrennungskraftmaschine erfolgt im Falle einer Anbindung über einen Freilauf durch einen Zusatzstarter, bzw. im Falle einer Anbindung über eine

Schiebemuffe über die mit Schlupf betriebene zweite Trennkupplung der

Doppelkupplung.

Um dies auch bei durch die elektrische Maschine realisierter maximaler

Geschwindigkeit ausführen zu können, ist der der die maximale Geschwindigkeit realisierende Gang ein ungerader Gang. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung dann vorteilhaft ausgestaltet, wenn das erste Rotationsteil eine erste Kupplungsscheibe der Mehrfachkupplung ist, und das zweite Rotationsteil eine zweite Kupplungsscheibe der Mehrfachkupplung ist. Das dritte Rotationsteil sollte dann ein Kupplungsgehäuse der Mehrfachkupplung sein. Die Kupplungsscheiben sind bei geöffneter Kupplung relativ zum Kupplungsgehäuse drehbar und bei geschlossener Kupplung rotatorisch in Bezug zueinander fixiert, so dass zwischen ihnen bei geschlossener Teilkupplung ein Drehmoment übertragbar ist. Derart kann schaltbar Drehmoment zwischen den Kupplungsscheiben und dem

Kupplungsgehäuse bzw. den daran angeschlossenen Elementen des

Antriebsstranges übertragen werden.

Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass die

Mehrfachkupplung zumindest bereichsweise und vorzugsweise vollständig im vom Rotor der elektrischen Antriebsmaschine umschlossenen Raum angeordnet ist. Dies gewährleistet eine weitere Verringerung des benötigten Bauraumes, insbesondere da erfindungsgemäß auf eine Trennkupplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Schaltgetriebe verzichtet werden kann. Zudem kann das Schaltgetriebe ein Planetenradgetriebe umfassen, welches insbesondere ein Planetenradgetriebe mit schaltbaren Hohlrad sein kann, wobei das Planetenradgetriebe zur Realisierung einer weiteren Übersetzung zwischen

Getriebeelementen angeordnet ist. Das schaltbare Hohlrad dient hier insbesondere der Spreizung der durch das Planetenradgetriebe realisierbaren Übersetzung.

Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Schaltgetriebe ein

Doppelkupplungsgetriebe ist und die Mehrfachkupplung eine Doppelkupplung ist, wobei eine erste Abtriebswelle des Doppelkupplungsgetriebes mit dem ersten

Rotationsteil der Doppelkupplung rotatorisch gekoppelt ist, und eine zweite

Abtriebswelle des Doppelkupplungsgetriebes mit dem zweiten Rotationsteil der

Doppelkupplung rotatorisch gekoppelt ist. Eine derartige rotatorische Kopplung ist hier vorzugsweise derart vorgesehen, dass das jeweilige Rotationsteil bzw. Kupplungsscheibe über wenigstens eine Übersetzungsstufe des Getriebes mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden ist.

Gegenüber herkömmlichen Antriebsanordnungen ist die erfindungsgemäße

Antriebsanordnung derart ausgestaltet, dass die üblicherweise vorgesehene motorseitige Trennkupplung K0 entfällt. Dabei kann die elektrische Maschine als ein sehr hoch drehendes Aggregat ausgelegt werden, was sich vorteilhaft auf den

Fahrkomfort sowie die Herstellungskosten auswirkt. Entsprechend kann auch das Schaltgetriebe auf hohe Drehzahlen und relativ geringe anliegende Drehmomente ausgelegt werden, sodass auch das Schaltgetriebe kostengünstig zur Verfügung gestellt werden kann.

Es lassen sich alle Hybridfunktionen realisieren. Ein mit der Antriebsanordnung ausgestattetes Fahrzeug kann in allen Gängen des Schaltgetriebes sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch gefahren werden, wobei alle Gänge lastschaltend geschaltet werden können.

Ergänzend wird weiterhin ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung und zumindest ein Antriebsrad, welches mittels der Antriebsanordnung antreibbar ist, aufweist. Vorzugsweise ist die

erfindungsgemäße Antriebsanordnung in einem frontgetriebenen Personenkraftwagen angeordnet.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

Fig. 1 : eine herkömmliche Antriebsanordnung mit elektrischer Antriebsmaschine und ohne Verbrennungskraftmaschine, Fig. 2: eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit angeschlossener

Verbrennungskraftmaschine mit Darstellung des Drehmoment-Pfades im 1 . Gang,

Fig. 3: eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit angeschlossener

Verbrennungskraftmaschine mit Darstellung des Schaltvorganges vom 2. zum 3. Gang,

Fig. 4: eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit angeschlossener

Verbrennungskraftmaschine mit Darstellung des Startvorganges der

Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 5: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit angeschlossener Verbrennungskraftmaschine mit Differenzialgetriebe, Fig. 6: eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit angeschlossener Verbrennungskraftmaschine mit Planetenradgetriebe.

In der hier vorgeschlagenen Antriebsanordnung kann durch die mechanische

Anbindung der Verbrennungskraftmaschine über ein Getriebeelement ein

entsprechendes optimales Übersetzungsverhältnis realisiert sein. Die von der elektrischen Maschine sowie der Verbrennungskraftmaschine realisierten Drehzahlen können unabhängig voneinander eingestellt werden. Es wird keine extra

Trennkupplung zur Ankopplung der Verbrennungskraftmaschine benötigt, wodurch der produktionstechnische Aufwand gemindert ist sowie zusätzlich Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann.

Zunächst wird der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen

Antriebsanordnung anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Figur 1 zeigt eine

Antriebsanordnung mit angeschlossener elektrischer Antriebsmaschine 10, an die noch keine Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist. Diese Antriebsanordnung umfasst neben der elektrischen Antriebsmaschine 10 ein Schaltgetriebe 30 sowie eine hier als Doppelkupplung ausgeführte Mehrfachkupplung 40. Das von der elektrischen Antriebsmaschine 10 erzeugte Drehmoment wird über die Mehrfachkupplung 40 und das Schaltgetriebe 30 auf den Abtrieb 60 geleitet. Das Schaltgetriebe 30 weist mehrere Übersetzungsstufen zur Realisierung der Gänge 1 -4 auf. Dabei sind Zahnräder der Gänge 1 und 3 als erste Getriebeelemente 31 mit einer ersten Abtriebswelle 35 gekoppelt, und die Zahnräder der Gänge 2 und 4 sind als zweite Getriebeelemente 32 mit einer zweiten Abtriebswelle 36 gekoppelt.

Die erste Abtriebswelle 35 kann mit einem ersten Rotationsteil 44 der

Mehrfachkupplung 40 durch einen Kupplungsprozess drehmomentfest verbunden werden, und die zweite Abtriebswelle 36 kann mit einem zweiten Rotationsteil 45 der Mehrfachkupplung 40 durch einen Kupplungsprozess drehmomentfest verbunden werden. Das erste Rotationsteil 44 ist dabei die Kupplungsscheibe der ersten

Teilkupplung 41 , und das zweite Rotationsteils 45 ist die Kupplungsscheibe der zweiten Teilkupplung 42 der Mehrfachkupplung 40.

Diese Kupplungsscheiben sind relativ zu dem Kupplungsgehäuse 43 der

Mehrfachkupplung 40 drehbar. Das Kupplungsgehäuse 43 bildet ein drittes

Rotationsteil 46 der Mehrfachkupplung 40 aus, welches fest mit dem Rotor 1 1 der elektrischen Antriebsmaschine 10 verbunden ist.

Bei Rotation des Rotors 1 1 in Bezug zum Stator 12 der elektrischen Antriebsmaschine 10 kann somit durch Schließung der Teilkupplungen 41 ,42 der Pfad des übertragenen Drehmomentes durch das Schaltgetriebe 30 bestimmt werden, nämlich entweder über die Übersetzungen des 1 . oder 3. Ganges, oder über die Übersetzungen des 2. und 4. Ganges.

Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform einer Antriebsanordnung mit daran gekoppelter Verbrennungskraftmaschine 20. Die Verbrennungskraftmaschine 20 ist über ein Fliehkraftpendel 80 an das Schaltgetriebe 30 angeschlossen. Dabei ist zwischen der Verbrennungskraftmaschine 20 und dem Schaltgetriebe 30 keine weitere Trennkupplung angeordnet, sondern die Verbrennungskraftmaschine 20 ist über ein drittes Getriebeelement 33, welches hier auch das Antriebsrad der

Übersetzung des 4. Ganges des Schaltgetriebes 30 ist, an dieses angeschlossen. Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses der mit diesem dritten

Getriebeelement 33 realisierten Übersetzung bestehen weitreichenden Möglichkeiten zur Anwendung unterschiedlich leistungsfähiger Verbrennungskraftmaschinen. So ist es unter anderem möglich, relativ hoch drehende und einen geringen Bauraum beanspruchende Verbrennungskraftmaschinen 20 anzuordnen.

Figur 2 zeigt des Weiteren den Drehmoment-Pfad beim Betrieb der

Antriebsanordnung mittels der Verbrennungskraftmaschine 20. Es ist ersichtlich, dass dabei das von der Verbrennungskraftmaschine 20 zur Verfügung gestellte

Drehmoment über das Antriebsrad 34 der Übersetzung für den 4. Gang des

Schaltgetriebes 30 in das Schaltgetriebe 30 eingetragen wird und über die zweite Abtriebswelle 36 auf die zweite Teilkupplung 42, von dieser auf das

Kupplungsgehäuse 43 und von diesem auf die erste Teilkupplung 41 geleitet wird. Von der ersten Teilkupplung 41 wird das Drehmoment in die erste Abtriebswelle 35 geleitet und von dort über die Übersetzung des 1. Ganges dem Abtrieb 60 zur Verfügung gestellt.

Die Figuren 3 und 4 zeigen dieselbe Antriebsanordnung wie Figur 2, jedoch mit unterschiedlichen Funktionen. Figur 3 zeigt dabei den Ablauf des Schaltvorganges vom 2. zum 3. Gang. Es ist ersichtlich, dass das von der Verbrennungskraftmaschine 20 zur Verfügung gestellte Drehmoment zunächst über das Übersetzungsverhältnis des 4. Ganges und von dort über die zweite Abtriebswelle 36 dem Abtrieb 60 zugeleitet wird. Durch eine Betätigung der ersten Teilkupplung 41 sowie durch den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 10 wird vom Rotor 1 1 ein Drehmoment über die erste Teilkupplung 41 in die erste Abtriebswelle 35 eingetragen und von dieser über die Übersetzungsstufe des 3. Ganges dem Abtrieb 60 zugeleitet. In diesem Zustand erfolgt somit ein elektromotorischer Antrieb, so dass die

Verbrennungskraftmaschine 20 nicht betrieben werden muss.

Die Schaltungen zwischen den Gängen erfolgt immer als Lastschaltung der elektrischen Antriebsmaschine 10; die Verbrennungskraftmaschine 20 wird vor der Schaltung abgekoppelt bzw. erst nach der Lastschaltung wieder angekoppelt.

Zum Neustart der Verbrennungskraftmaschine 20 aus dem beschriebenen 3. Gang kann wie aus Figur 4 ersichtlich vorgegangen werden. Es wird dabei die zweite

Teilkupplung 42 geschlossen, so dass Drehmoment auf die zweite Abtriebswelle 36 übertragen wird und von dort über das Antriebsrad 34 der Verbrennungskraftmaschine 20 zugeleitet wird, sodass diese gestartet werden kann.

Die Figuren 5 und 6 zeigen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen

Antriebsanordnung, bei denen das Schaltgetriebe 30 mit einem Differenziaigetriebe 70 gekoppelt ist. Des Weiteren ist ersichtlich, dass die Verbrennungskraftmaschine 20 in der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform der Antriebsanordnung über einen Freilauf 50 an das Schaltgetriebe 30 angeschlossen ist. In der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist der Anschluss der Verbrennungskraftmaschine 20 an das

Schaltgetriebe 30 über ein Planetenradgetriebe 100 realisiert, welches vorzugsweise ein schaltbares Hohlrad 101 zur Einstellung der Drehmomentverhältnisse aufweist.

Durch die mechanische Anbindung der Verbrennungskraftmaschine über ein

Getriebeelement kann ein entsprechendes optimales Übersetzungsverhältnis realisiert sein. Die von der elektrischen Maschine sowie der Verbrennungskraftmaschine realisierten Drehzahlen können unabhängig voneinander eingestellt werden. Es wird keine extra Trennkupplung zur Ankopplung der Verbrennungskraftmaschine benötigt, wodurch der produktionstechnische Aufwand gemindert ist sowie zusätzlich Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Erster Gang

2 Zweiter Gang

3 Dritter Gang

4 Vierter Gang

10 elektrische Antriebsmaschine

1 1 Rotor

12 Stator

20 Verbrennungskraftmaschine

30 Schaltgetriebe

31 erstes Getriebeelement

32 zweites Getriebeelement

33 drittes Getriebeelement

34 Antriebsrad

35 erste Abtriebswelle

36 zweite Abtriebswelle

40 Mehrfachkupplung

41 Erste Teilkupplung

42 Zweite Teilkupplung

43 Kupplungsgehäuse

44 erstes Rotationsteil

45 zweites Rotationsteil

46 drittes Rotationsteil

50 Freilauf

60 Abtrieb

70 Differentialgetriebe

80 Fliehkraftpendel

100 Planetenradgetriebe

101 Schaltbares Hohlrad