Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe-Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei der Verbrennungsmotor an einer ersten Getriebewelle und die elektrische Maschine an einem Planetengetriebe auf einer zweiten Getriebewelle angebunden ist.

Stand der Technik

Hybridantriebe mit zwei oder mehr verschiedenen Antriebsquellen können zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen im Fahrzeugverkehr beitragen. Um einen möglichst effektiven Betrieb des Hybridantriebs zu erreichen, werden Antriebsstrategien eingesetzt, die einen Elektroantrieb situationsbedingt flexibel nutzen, beispielsweise zum Anfahren, als alleinige Antriebsquelle im städtischen Kurzstreckenverkehr oder in einem Stop-and-Go-Betrieb, als zusätzliche Antriebsquelle bei erhöhten Leistungsanforderungen in einem Boostbe- trieb, als Startergenerator zum schnellen Starten des Verbrennungsmotors sowie als Generator zur Stromerzeugung, oder zur Energierückgewinnung in einem Re- kuperationsbetrieb. Der Verbrennungsmotor soll hingegen zumindest überwiegend in Verbrauchs-, drehmoment- und drehzahlgünstigen Betriebspunkten bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden.

Bei Hybridfahrzeugen sind Getriebe bekannt, welche neben einem Radsatz auch eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies oft automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Dabei werden die Gänge des Getriebes zumeist auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden

DE 10 2010 043 354 A1 zeigt ein Hybridgetriebe, umfassend zwei Getriebeeingangswellen, die achsparallel zueinander angeordnet sind, und eine achsparallel zwischen den beiden Getriebeeingangswellen angeordnete Getriebeausgangswelle, die ein Vorgelegegetriebe bilden, bei dem eine der beiden Getriebeeingangswellen einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist und die andere Getriebeeingangswelle der Getriebeeingangswelle einer Elektromaschine zugeordnet ist, und bei dem in mindestens zwei Radsatzebenen Zahnräder zur Bildung von Gängen angeordnet sind, wobei als Losräder ausgebildete Zahnräder über Schaltvorrichtungen drehfest mit den zugehörigen Wellen verbindbar sind. Auf der Getriebeausgangswelle ist mindestens ein Planetengetriebe angeordnet, welches als Komponenten ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetenträger mit mehreren Pla- netenrädern umfasst, das mit den Getriebeeingangswellen koppelbar ist, und das wahlweise verblockbar ist, frei mitlaufend betreibbar ist, oder so schaltbar ist, dass sich in Wirkverbindung mit dem Vorgelegegetriebe jeweils für zwei Komponenten des Planetengetriebes feste Drehzahlverhältnisse ergeben. Bei dem Hybridgetriebe ist demnach ein dreiwelliges Vorgelegegetriebe um ein Planetengetriebe ergänzt, welches in das Vorgelegegetriebe integriert ist.

DE 10 2017 219 998 A1 zeigt ein stufenloses Leistungsverzweigungsgetriebe mit zwei Fahrbereichen, innerhalb welchen die Übersetzung im Bereich eines Variators stufenlos variierbar ist, ist ein vier Wellen umfassender Planetenradsatz über zwei Fahrbereich-Schaltelemente zur Darstellung der beiden Fahrbereiche mit einer Getriebeausgangswelle in Wirkverbindung bringbar. Der Planetenradsatz steht über eine erste Welle mit einer ersten Welle des Variators und der Antriebsmaschine über eine zweite Welle mit einer zweiten Welle des Variators in Wirkver- bindunq.

DE 10 2013 221 461 A1 zeigt einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor, ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes automatisiertes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und mindestens einer Ausgangswelle, sowie ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement umfasst, wobei die Eingangswelle über eine steuerbare Trennkupplung oder unmittelbar mit der Triebwelle in Verbindung steht und über mehrere selektiv schaltbare Stirnradstufen mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar ist, und wobei das Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist.

DE 10 2015 220 232 A1 stellt ein Verfahren zur Ausführung von Schaltungen für Antriebsstränge von Hybridfahrzeugen vor, und zwar im Gegensatz zu abtriebsgestützten Schaltungen, bei welchen beide Arbeitsmaschinen des Hybridantriebs, also sowohl die elektrische Maschine als auch insbesondere auch der Verbrennungsmotor, am Abtrieb ein Antriebsmoment bereitstellen. Bei Ausführung einer Schaltung wird demnach am Verbrennungsmotor kein vollständiger Lastabbau durchgeführt.

DE 10 2013 215 114 A1 zeigt einen Hybridantrieb, wobei ein Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist, und das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit einer koaxial über der Ausgangswelle angeordneten Hohlwelle verbunden ist, die zur Ankopplung des Verbrennungsmotors über ein Koppelschaltelement drehfest mit einem Losrad der unmittelbar axial benachbarten Stirnradstufe des Schaltgetriebes sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehtest mit dem zweiten Eingangselement oder mit dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist, wobei das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Antriebsverbindung ist, und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehtest mit der Ausgangswelle verbunden ist.

DE 10 2014 215 325 A1 zeigt ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe, welches eine Eingangswelle, eine koaxial und axial benachbart zu dieser Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, und eine achsparallel zu diesen beiden Wellen angeordnete Vorgelegewelle aufweist. Zu diesem Hybridantriebgetriebe gehört auch ein in Planetenbauweise ausgeführtes sowie koaxial über der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnetes Überlagerungsgetriebe, welches ein mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement, ein mit dem Rotor einer Elektromaschine in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement, und ein mit der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes drehfest verbundenes Ausgangselement aufweist.

DE 10 2017 220 071 A1 betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Maschine, einer Eingangswelle, die mit einer Verbrennungskraftmaschine wirkverbindbar ist, einem mit der Eingangswelle drehfest verbundenen Eingangswellenrad, einer Ausgangswelle, einer Welle, die mittels eines ersten Schaltelements mit der Ausgangswelle drehfest verbindbar ist, einem Losrad, das mittels eines zweiten Schaltelements mit der Welle drehfest verbindbar ist und mit dem Eingangswellenrad in Eingriff ist. Ziel der Entwicklung sind Hybridgetriebe-Antriebsstränge, die möglichst kompakt sind, und die bei möglichst geringer Kompliziertheit mit geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Grundsätzlich können Hybridantriebe mit allen gängigen Formen von Fahrzeuggetrieben zur Bildung von Antriebsübersetzungen kombiniert werden. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich Effizienz, Flexibilität sowie Fahrkomfort sind aber Parallelhybridanordnungen mit im Kraftfluss parallelem Verbrennungsmotor und Elektroantrieb in Verbindung mit einem automatisierten oder automatischen Schaltgetriebe.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Hybridgetriebe-Antriebsanordnung mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei der Verbrennungsmotor an einer ersten Getriebewelle angebunden ist, wobei die erste Getriebewelle die Schalträder beinhaltet, die mit der ersten Getriebewelle verbindbar sind, wobei auf der zweiten Getriebewelle die Festräder der ungeraden Gänge und konzentrisch ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger, Pla- netenrädern und einem Hohlrad und eine dritte Getriebewelle angeordnet sind, wobei die zweite Getriebewelle mit der dritten Getriebewelle, die mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist, über eine Reibungskupplung ankuppelbar ist, wobei das Hohlrad des Planetengetriebes mindestens ein zu einem Schaltrad gehörendes Festrad einer geraden Gangstufe trägt und über einen Zahnradsatz mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist, wobei die dritte Getriebewelle ein Abtriebsrad treibt.

Als gerade Gangstufen werden die Gangstufen 2, 4, 6 etc. bezeichnet, als ungerade Gangstufen die Gangstufen 1 , 3, 5... Das Hybridgetriebe-Antriebssystem stellt ein vorgegebenes Drehmoment über einen weiten Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung, wobei im rein elektrischen Fahren hohe Anfahrmomente und auch hohe Endgeschwindigkeiten erreicht werden, ohne dass einen Zugkraftunterbrechung stattfindet.

Der Abtrieb des Getriebes erfolgt über das Abtriebsrad, das zwischen der Reibungskupplung und der zweiten Gangstufe angebracht vom dem Planetenträger getrieben ist.

Die zweite Getriebewelle ist über ein Schaltelement mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbindbar.

Die dritte Getriebewelle ist mit dem Planetenträger des Planetengetriebes fest verbunden.

Es ist vorteilhaft, dass die zweite Getriebewelle als Vollwelle ausgeführt ist.

Es ist auch vorteilhaft, dass die dritte Getriebewelle als Hohlwelle ausgeführt und zwischen der Reibungskupplung und dem Planetengetriebe positioniert ist.

Für die kompakte Bauweise ist es von Vorteil, wenn das Planetengetriebe Stirnräder umfasst.

Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Aufsicht auf die Baugruppe des Hybrid-Getriebes,

Figur 2 zeigt ein Hybrid-Antriebssystem mit drei Gangstufen, Figur 3 zeigt eine Schalttabelle. In der Figur 1 wird schematisch dargestellt wie ein die Anordnung von Bauteilen für ein Hybridgetriebe-Antriebssystem 1 aussehen kann. Ein passendes Hybridgetriebe ist in Fahrtrichtung hinter einem Verbrennungsmotor 50 angeordnet.

Über einen Riemen oder eine Kette, also einer Anbindung 12, wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 50 auf eine erste Getriebewelle 7 übertragen. Von dort kann Drehmoment auf eine zweite Getriebewelle 8 übertragen werden, wobei die zweite Getriebewelle 8 mit einer elektrischen Maschinen 9 über ein Planetengetriebe 40 wirkverbunden ist. Ein Differential 4 übergibt das resultierende Drehmoment an die angetriebenen Räder des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine 9 ist dabei in Fahrtrichtung hinter dem Verbrennungsmotors 50 und parallel zu diesem verbaut. Die Auslegung der elektrischen Maschinen 9 kann in der Baulänge dabei sehr reduziert werden.

Figur 2 zeigt den Aufbau des Hybrid-Antriebssystems 1 mit dem Verbrennungsmotor 50, einem Schwingungsdämpfer 11 und einer Anbindung 12 an die erste Getriebewelle 7, die als Vorgelegewelle ausgebildet ist. Der Verbrennungsmotor 50 ist über eine Vorübersetzung, die vorzugsweise als Zahnkettentrieb ausgeführt ist, an die ersten Getriebewelle 7 angebunden.

Die erste Getriebewelle 7 ist als Vollwelle ausgelegt, wobei der Verbrennungsmotor 50 zwei Klauenkupplungen K4 und K3 antreibt.

Die beiden Klauenkupplung K3 und K4 können jeweils eine rechte oder linke Position fixieren, die mit den Getriebezahnsatz der Getriebestufen bezeichnet wird, als K4_2, K4_3 und K3_3 und K3_1 . Zusätzlich weist die Klauenkupplung K3_1 eine Synchronisierung auf. An der ersten Getriebewelle 7 sitzen wenigstens drei Schalträder 10A, 30A, 20A, die über die Klauenkupplungen K3 und K4 mit der ersten Getriebewelle 7 verbindbar sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei ungerade Gänge, der erste und der dritte Gang und ein gerader Gang, der zweite Gang vorhanden. Es sind aber auch Ausführungsformen mit weiteren Gangstufen denkbar. Dann sind die Schaltelemente an den ungeraden Gängen, zumindest aber am ersten Gang, als Synchronisierungen ausgeführt. Die Schaltelemente an den geraden Gängen sind dagegen als formschlüssige Klauenkupplungen ausgeführt.

Mit der ersten Getriebewelle 7 kann das Zahnrad 20A über die Kupplung K4 für die Darstellung einer zweiten Gangstufe 20A-20B verbunden werden. Ansonsten sind noch zwei Schalträder 30A und 10A verbindbar, die zur Verbindung mit ihren jeweiligen Zahnradpaarungen 30B und 10B zur Herstellung einer ersten Gangstufe 10A-10B und einer dritten Gangstufe 30A-30B dienen

Die Festräder 10B und 30B sind auf der zweiten Getriebewelle 8 angeordnet, die als Vollwelle ausgeführt ist. Die zweite Getriebewelle 8 ist mit einer ersten Kupplungsseite der Reibungskupplung K1 verbunden.

Die zweite Getriebewelle 8 ist wiederum achsparallel zur ersten Getriebewelle 7 angeordnet. Konzentrisch zur zweiten Getriebewelle 8 ist da Planetengetriebe 40 und eine dritte Getriebewelle 6 angeordnet.

Auf der zweiten Getriebewelle 8 ist eine dritte Getriebewelle 6, die als Hohlwelle ausgeführt ist, gelagert. Diese beinhaltet das Abtriebsrad 13 und ist mit einer zweiten Kupplungsseite der Reibungskupplung K1 verbunden.

Die Kupplung K1 ist die einzige Reibungskupplung des Antriebssystems. Sie schließt die zweite Getriebewelle 8 und die dritte Getriebewelle 6 auf einer Seite ab. Die Kupplung K1 ist als „normal offene“ Kupplung ausgelegt. Die weiteren Kupplungen des Getriebes sind dagegen Klauenkupplungen oder Synchronisierungen. Die elektrische Maschine 9 ist parallel zu den Getriebewellen 6, 7 und 8 ausgerichtet. Sie treibt über einen Zahnradsatz 9A und 9B ein Festrad 20B der zweiten Gangstufe an. Das Festrad 20B der zweiten Gangstufe ist mit einem Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 verbunden. Das Planetengetriebe 40 weist zusätzlich das Sonnenrad 40A und den Planetenträger 40B auf.

Der Planetenträger 40B des Planetengetriebes 40 ist mit einer dritten Getriebewelle 6 und dadurch mit der Kupplung K1 verbunden. Eine zweiteilige Kupplung K2A, K2B ist in Achsrichtung zwischen dem Sonnenrad 40A und dem Festrad 30B der dritten Gangstufe 30A-30B auf der zweiten Getriebewelle 8 gelagert angebunden.

Die Kupplung K2A verbindet das Sonnenrad 40A mit dem Planetenträger 40B und somit mit der dritten Getriebewelle 6. Sie dient zum Verblocken des Planetengetriebes.

In einer Ausführungsform ist das Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 als Stirnrad ausgeführt und über zwei im gemeinsamen Planetenträger 40B gelagerten und miteinander kämmenden Planetenrädern mit dem Sonnenrad 40 A gekoppelt.

Auch kann das Sonnenrad 40A als Hohlwelle ausgeführt und auf der zweiten Getriebewelle gelagert sein.

In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich die jeweiligen Anbindungen der Antriebsmaschinen - elektrische Maschine 9 und Verbrennungsmotor 50 - an das Hohlrad 40C und das Sonnenrad 40A zu vertauschen.

Die gesamte Anordnung lässt sich sehr kompakt verbauen.

Zur Betätigung der Klauenkupplungen sind Schaltwalzen vorgesehen, wobei eine Schaltwalze die Kupplung K2 mit den beiden Komponenten K2a und K2B, betätigt und eine Schaltwalze die Kupplungen K3 und K4. Mit dem Aufbau des Getriebes sind zahlreiche Gangstufen und Fahrmodi darstellbar, wie in Figur 3 als Tabelle ausgeführt.

Mit einer geschlossener Kupplung K1 und einer geschlossenen Kupplung K2B sind drei Gangstufen für den Verbrennungsmotor im rein verbrennungsmotorischen Fahren vorhanden, wenn die jeweils eine der zusätzlichen Kupplungen, wie in der Tabelle aufgeführt, geschlossen sind.

Die Kupplung K1 dient als Sicherheitskupplung für den Verbrennungsmotor. Sie dient des Weiteren dazu zugkraftunterbrechungsfreie Schaltungen zwischen den beiden rein elektrischen Gangstufen und zwischen hybridischen Gangstufen zu erreichen.

Die Kupplung K1 dient als Anbindung, wenn der Verbrennungsmotor wieder gestartet werden soll, mit der elektrischen Maschinen 9 als Starter-Generator.

Durch das Öffnen der Kupplung K1 und dem Eintrieb beider Antriebe, der eklektischen Maschine 9 und dem Verbrennungsmotor 50 wird ein elektrisch variables Fahren EVT in zwei Gangstufen ermöglicht, wenn entsprechende weitere Kupplungen geschlossen sind.

Die Anordnung der Bauteile auf der ersten Getriebewelle 7 mit Anbindung 12 an den Verbrennungsmotor 50, mit dem Schaltrad 20A der zweiten Gangstufe 20A- 20B, dem Schaltelement K4 und, dem Schaltrad 30A der dritten Gangstufe 30A- 30B, dem Schaltelement K3 und dem Schaltrad 10A der ersten Gangstufe 10A- 10B sowie der zweiten Getriebewelle 8 sind Mehrfachnutzungen der Schalträder möglich. Sie dienen einerseits zum Festhalten des Sonnenrads 40A im ersten rein elektrischen Gang durch einen mechanischen Interlock, sowie als Teil der Parksperre und zum Übertragen von Drehmoment.

Unter Verwendung der K3_3, K2 und der K1 kann auch eine Schaltung zwischen zweitem und drittem Gang zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen. Wird das Getriebe um weitere Gangstufen ergänzt, ist es auch denkbar, die Festräder der ungeraden Gänge 1 , 3, 5... fest mit dem Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 zu verbinden und die Festräder der geraden Gänge 2, 4,... auf der zweiten Getriebewelle 8 anzuordnen .

Bezugszeichen

I Antriebssystem

4 Differential

6 dritte Getriebewelle

7 erste Getriebewelle

8 zweite Getriebewelle

9 Elektrische Maschine

10A Schaltrad erster Gang

10B Festrad erster Gang

I I Schwingungsdämpfer

12 Anbindung

13 Abtriebsrad

20A Schaltrad zweiter Gang

20B Festrad zweiter Gang

30A Schaltrad dritter Gang

30B Festrad dritter Gang

50 Verbrennungsmotor