Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantriebstrang mit einem Getriebe zum Verbringen von Drehmoment von einer Verbrennungskraftmaschine und einer ersten Elektroma- schine zu (wenigstens) einem vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildeten Sam melgetriebe, das eingerichtet ist, um in wenigstens einer bestimmten Betriebsart das gesammelte Drehmoment an eine Sammelwelle weiterzugeben, wobei eine zweite Elektromaschine vorhanden ist und so eingebunden ist, dass dessen Drehmoment in der bestimmten Betriebsart über eine als Summierwelle wirkende Zwischenwelle an ein Differentialgetriebe weitergegeben wird. Die Erfindung betrifft im Kern ergo ein Ge triebe, insbesondere ein EVT-Getriebe / Electric Variable Transmission-Getriebe / Po- wersplit-Getriebe zum Verbringen von Drehmoment zwischen einer Verbrennungs kraftmaschine, einer ersten Elektromaschine, einer zweiten Elektromaschine und ei nem Differentialgetriebe. Eine Elektromaschine kann als Generator betrieben werden und als Antriebsaggregat, also als Elektromotor.

Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Elektrofahrzeugantriebsstränge, insbesondere rekonfigurierbare Powersplit-Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, wie Pkws, aber auch Nutzfahrzeuge, wie Lkws bekannt. So offenbart bspw. die DE 10 2012 213255 A1 einen Antriebsstrang, aufweisend einen Zahnradsatz, der ein Sonnenrad, einen Träger, ein Hohlrad, das mit einer Vorgelegewelle verbunden ist, und Planetenräder umfasst, die auf dem Träger gelagert sind und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen, ferner aufweisend einen zweiten Zahnradsatz, der mit ei ner Verbrennungskraftmaschine verbindbar ist, zum Antreiben eines Generators mit Überdrehzahl (Overdrive); eine Kupplung zum lösbaren Verbinden der Verbrennungs kraftmaschine und des Trägers; eine zweite Kupplung zum lösbaren Verbinden des Sonnenrades und des Generators; und einen Elektromotor, der mit einer Vorgelege welle verbunden ist. Der Betrieb des Antriebsstranges soll besonders leicht zwischen dem Powersplit-Modus und dem seriellen Modus umgeschaltet werden.

Aus einer weiteren Druckschrift, nämlich der EP 3 106 338 B1 ist auch eine Antriebs einheit für ein Hybridfahrzeug bekannt, wobei die Antriebseinheit ausgelegt ist zum Verteilen von Ausgangsleistung einer Kraftmaschine an einen ersten Motor mit einer Erzeugungsfunktion und an ein Ausgangselement, und zum Hinzufügen von Aus gangsleistung eines zweiten Motors, angetrieben durch elektrische Leistung, die durch den ersten Motor erzeugt wird, zu Leistung, die zum Ausgangselement zugeführt wird. Dabei soll diese Antriebseinheit folgendes umfassen: eine erste Planetengetriebeein heit, die ausgelegt ist zum Durchführen einer Differentialaktion zwischen einem ersten Eingangselement, auf das die Ausgangsleistung in der Kraftmaschine angewendet wird, einem ersten Reaktionselement, verbunden mit dem ersten Motor, und einem ersten Ausgangselement. Ferner soll umfasst sein, eine zweite Planetengetriebeein heit, die ausgelegt ist zum Durchführen einer Differentialaktion zwischen einem zwei ten Eingangselement, verbunden mit dem ersten Ausgangselement, einem zweiten Ausgangselement und einem zweiten Reaktionselement; eine erste Kupplung, die ge zielt ausgelegt ist zum Verbinden eines beliebigen aus dem ersten Eingangselement und dem ersten Reaktionselement mit dem zweiten Reaktionselement; eine zweite Kupplung, die ausgelegt ist zum Verbinden von mindestens zwei Elementen der zwei ten Planetengetriebeeinheit zum integralen Drehen der zweiten Planetengetriebeein heit; und eine Differentialgetriebeeinheit als eine abschließende Untersetzung, zu der ein Drehmoment vom Ausgangselement zugeführt wird; wobei das Ausgangselement mit dem zweiten Ausgangselement verbunden ist; wobei ein Ausgangsdrehmoment des zweiten Motors mit dem Drehmoment synthetisiert wird, das vom Ausgangsele ment zur Differentialgetriebeeinheit zugeführt wird.

Eine Leistungsweiterleit- und Wandelvorrichtung ist auch aus der EP 3521 084 A1 bekannt.

EVT-Getriebe sind moderne Getriebe, die in Weitereintwicklung von Schaltgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben, Automatikgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben und stufenlosen Getrieben entstanden sind. In dem im Internet abrufbaren Schaeffler Kol loquium aus dem Jahre 2018 wird die Entwicklung zu solchen EVT-Getrieben auf den Seiten 137 ff. näher erläutert. Solche EVT-Getriebe haben Verbrauchsvorteile im kombinierten Antriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine und der Elektromotoren. Jedoch gibt es Verbrauchsnach teile im reinen „elektronischen“ Betrieb. Dieser „elektronische“ Betrieb wird auch als rein-elektrischer-Fahrbetrieb bezeichnet. Dieser Betriebsmodus tritt insbesondere bei seriellen Hybriden auf.

Ein serielles Hybridfahrzeug verfügt über eine beliebige Verbrennungskraftmaschine, eine erste Elektromaschine, die direkt mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und eine zweite Elektromaschine, die an ein Getriebe, insbesondere ein Differenti algetriebe angebunden ist. Üblicherweise stellt eine Hochleistungsbatterie in manchen Betriebsmodi die nötige Energie für die Leistungselektronik zur Verfügung, die damit die Elektromaschinen / Elektromotoren betreibt.

Die Verbrennungskraftmaschine in einem seriellen Hybridfahrzeug hat keine mechani sche Verbindung zu den Antriebsrädern. Stattdessen wird die Verbrennungskraftma schine in einem sehr guten Wirkungsgrad betrieben und treibt somit die erste Elektro maschine an, die ständig als Generator arbeitet. Die somit erzeugte elektrische Ener gie wird dann an die zweite elektrische Maschine weitergeleitet. Diese zweite elektri sche Maschine ist der eigentliche Fahrzeugantrieb.

Möchte man bspw. ein Fahrzeug mit einer Antriebsleistung von 50 kW antreiben, so muss die zweite Elektromaschine diese Leistung zur Verfügung stellen können. Damit diese Leistung dauerhaft abgerufen werden kann, muss die erste Elektromaschine diese Leistung plus Wirkungsgradverlust ständig erzeugen, d. h., die erste Elektroma schine sollte über eine Generatorleistung von wenigstens 55 kW verfügen. Die Ver brennungskraftmaschine wiederum liefert die nötige Leistung für die erste Elektroma schine im Generatorbetrieb, deshalb muss die Verbrennungskraftmaschine ca. 60 kW Leistung dauerhaft zur Verfügung stellen können, in dieser beispielhaften Rechnung.

Generell muss ein serieller Hybrid somit in etwa die dreifache Antriebsleistung ver bauen, um fahren zu können. Die lange Wirkungsgradkette von der im Kraftstoff ge speicherten Energie bis zur erzeugten Bewegungsenergie, bedeutet dabei einen rela tiv schlechten Gesamtwirkungsgrad des Systems. Grundsätzlich sind fünf verschiedene Betriebsmodi möglich. Der erste Betriebsmodus wird auch als konventionell bezeichnet. Der serielle Hybrid wandelt im konventionellen Fahrmodus die Antriebsleistung mehrfach: Die Verbrennungskraftmaschine betreibt die erste Elektromaschine als Generator, die somit die notwendige elektrische Leis tung für die zweite elektrische Maschine zur Verfügung stellt. Diese arbeitet als An triebsmotor.

Der zweite Modus wird auch als rein-elektrischer-Fahrmodus bezeichnet. Dabei treibt die zweite elektrische Maschine allein das Fahrzeug an, indem elektrische Energie aus der Batterie entnommen wird und der Leistungselektronik bereitgestellt wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist während dieser Phase ausgeschaltet.

Ein dritter Modus wird auch als Boosten bezeichnet. Dabei wird die Verbrennungs kraftmaschine mit voller Leistung betrieben, damit die erste Elektromaschine als Ge nerator elektrische Energie zur Verfügung stellen kann. Zusätzlich nutzt die zweite Elektrische Maschine die in der Batterie gespeicherte elektrische Energie, um ein ma ximales Abtriebsmoment zu erzeugen.

Ein vierter Modus wird auch als Rekuperationsmodus bezeichnet. Dabei wird das Fahrzeug durch die zweite elektrische Maschine abgebremst, die dabei als Generator arbeitet. Ein Großteil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs wird in die Batterie zu rückgespeist. Die Verbrennungskraftmaschine und die erste Elektromaschine werden in diesem Modus abgeschalten.

Als letzter Modus ist noch die Lastpunktanhebung zu ergänzen. Die Verbrennungs kraftmaschine arbeitet dabei im günstigsten Verbrauchspunkt und betreibt die erste Elektromaschine als Generator. Lediglich ein Teil dieser Generatorleistung wird von der zweiten Elektromaschine als Abtriebsleistung benötigt. Der restliche Anteil wird genutzt, um elektrische Energie in der Batterie zu speichern. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, all diese Betriebsmodi zu ermöglichen, aber die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden oder wenigs tens zu mildern.

Eine Lösung hierfür wird bei einem gattungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrang dadurch ermöglicht, dass ein Schaltelement so angeordnet ist, dass in seiner ersten Schaltstellung das gesammelte Drehmoment des Planetengetriebes an die als Sum mierwelle wirkende Zwischenwelle weitergegeben wird und in seiner zweiten Schalt stellung das Planetengetriebe von der Zwischenwelle abgekoppelt ist. Es wird ergo ein Schaltelement zwischen einem Wandelgetriebe und einem Sammelgetriebe / Summengetriebe, das ein Teilgetriebe darstellt und mittels dessen Drehmoment der ersten Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine zu einer Sammelwelle verbingbar ist, so eingebaut ist, dass das Sammelgetriebe in einer ersten Schaltstel lung des Schaltelementes an die Sammelwelle drehmomentübertragend angebunden ist und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelementes von der Sammelwelle ab gekoppelt ist.

Mit anderen Worten wird eine besonders geschickte Stelle für den Einbau des zwi schen wenigstens zwei Schaltstellungen verlagerbaren Schaltelementes vorgestellt. Auf diese Weise werden im reinen E-Betrieb viele drehende Teile vermieden. Bei Still stand der Verbrennungskraftmaschine muss nicht mehr die erste Elektromaschine mit drehen. Verbrauchsnachteile im reinen Elektrobetrieb werden vermieden. Auch die Verbrennungskraftmaschine wird abgekoppelt. Durch die Verlagerung des Schaltele mentes werden nicht nur die beiden Antriebsaggregate, sondern auch das Planeten getriebe vollständig abgekoppelt. Dies ist bisher nicht möglich gewesen. Die Kupplung der EP 3 521 084 A1 kann nie beide Aggregate und das Planetengetriebe abkoppeln, genauso wenig wie dies bei der EP 3 106 338 B1 möglich ist. Eine umfassende Um konstruktion wäre dort nötig.

Es ist somit zielführend, die Erweiterung des Getriebes um ein Schaltelement, wie eine Klauenkupplung, voranzutreiben, um den durch die Verbrennungskraftmaschine und die erste Elektromaschine gebildeten Teilstrang abkoppeln zu können, wodurch eine geringere Anzahl an mitdrehenden Teilen geschaffen wird. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und wer den nachfolgend näher erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn das Schaltelement als Klauenkupplung ausgebildet ist.

Eine solche Klauenkupplung („dog clutch“) ist dezidiert nur zwischen zwei Schaltstel lungen schaltbar und ermöglicht es hohe Drehmomente zu übertragen. Ein solches Schaltelement ist somit besonders verlässlich und besonders hoch belastbar.

Um besonders große unterschiedliche Drehzahlen stellen zu können, ist es von Vor teil, wenn das Sammelgetriebe als Planetengetriebe ausgestaltet ist.

Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn ein Wandelgetriebe, das ein weiteres Teil getriebe des EVT-Getriebes dann ist, zum Zwischenschalten zwischen der zweiten Elektromaschine und dem Differentialgetriebe vorgesehen ist, und mit der Sammel welle (dauerhaft) drehmomentleitend verbunden ist. Die Anzahl der zu verbauenden Einzelteil wird dadurch gesenkt.

Es hat sich auch bewährt, wenn das Schaltelement in der zweiten Schaltstellung des Sammelgetriebes an einem gehäusefesten Bauteil festgelegt ist.

Die Erfindung betrifft auch einen Fahrzeugantriebsstrang zum Ermöglichen einer seri ellen Hybridantriebsstruktur eines Kraftfahrzeugs, mit einem erfindungsgemäßen EVT- Getriebe, das mit der ersten Elektromaschine, der zweiten Elektromaschine, der Ver brennungskraftmaschine und dem Differentialgetriebe in (wenigstens / nur) einem speziellen Betriebsmodus verbunden ist.

Ein solcher Fahrzeugantriebsstrang kann auch dadurch weitergebildet werden, dass er so ausgelegt ist, dass er (zumindest / nur) in einem konventionellen Betriebsmodus, einem rein-elektrischen-Fahrmodus, einem Boost-Betriebsmodus, einem Rekuperati- ons-Betriebsmodus und einem Lastpunktanhebe-Betriebsmodus betreibbar ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine dauerhaft mit einem Sonnenrad des Sammelgetriebes verbunden ist und die Verbrennungskraftmaschine dauerhaft mit einem Planetenträger des Sammel getriebes verbunden ist.

Wenn das Wandelgetriebe eine Zwischenwelle besitzt, die dauerhaft mit dem Differen tialgetriebe verbunden ist, so ist ein axial besonders kurz bauendes EVT-Getriebe für eine gute Bauraumausnutzung möglich.

Die Kosten werden gleichzeitig mit dem Erreichen einer einfachen Montage gesenkt, wenn ein sammelwellenfestes erstes Zahnrad und ein der zweiten Elektromaschine zugeordnetes zweites Zahnrad gemeinsam auf ein zwischenwellenfestes drittes Zahn rad einwirken.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein EVT-Getriebe mit einer Erweiterung um ein Schaltelement in einer ers ten Schaltstellung, und

Fig. 2 das EVT-Getriebe aus Fig. 1 in einer zweiten Schaltstellung.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugan triebstranges mit einem (EVT-)Getrieb 1 dargestellt. Es ist ausgelegt, um Drehmoment zwischen einer Verbrennungskraftmaschine 2, einer ersten Elektromaschine 3, einer zweiten Elektromaschine 4 und einem Differentialgetriebe 5 zu verbringen. Es ist ein Schaltelement 6 vorhanden, das zumindest / nur zwischen zwei Schaltstellungen schaltbar ist. ln der Fig. 1 ist die erste Schaltstellung gewählt, in der der EVT-Modus / ein Power split realisiert ist. In diesem Fall wird Drehmoment von der Verbrennungskraftma schine 2 und der ersten Elektromaschine 3 einem Sammelgetriebe / Sammelteilge triebe / Summengetriebe 7 zugeführt. Das kombinierte Drehmoment wird dann unter Zwischenschaltung des Schaltelementes 6 in der Schaltstellung 1 einer Sammelwelle 8 zugeführt. Die Sammelwelle 8 ist also eine Welle mittels der das im Sammelgetriebe 7 von der ersten Elektromaschine 3 und der Verbrennungskraftmaschine 2 gesammel tes Drehmoment weitergegeben wird. Auf der Sammelwelle 8 ist ein erstes Zahnrad 9 befestigt.

Ein zweites Zahnrad 10 ist der zweiten Elektromaschine 4 zugeordnet und sitzt auf ei ner Antriebswelle 11 . Sowohl das erste Zahnrad 9, als auch das zweite Zahnrad 10 wirken drehmomentübertragend auf ein drittes Zahnrad 12. Dieses dritte Zahnrad 12 ist fest mit einer Zwischenwelle 13 verbunden. Diese Zwischenwelle 13 fungiert in we nigstens einer bestimmten Betriebsart als Summierwelle / Summenwelle. Auf ihr wer den die Drehmomente von der zweiten elektrischen Maschine 4 und das von der ers ten elektrischen Maschine 3 und der Verbrennungskraftmaschine 2 gesammelte Dreh moment addiert.

Auf der Zwischenwelle 13 sitzt auch dauerhaft fest ein viertes Zahnrad 14. Mittels ei nes Drehmomentübertragungsorgans 15 wird Drehmoment in einem Betriebsmodus an das Differentialgetriebe 5 übergeben und dann über Ausgänge 16 einem linken und/oder rechten Fahrzeugrad weitergegeben.

Das Sammelgetriebe 7 ist als Planetengetriebe 17 ausgestaltet. Es besitzt ein Son nenrad 18, einen Planetenträger 19, mehrere Planetenräder 20 und ein Flohlrad 21. In der Fig. 2 ist das Schaltelement 6 in der zweiten Schaltstellung dargestellt. Es ist da bei in einer solchen zweiten Schaltstellung, dass das Flohlrad 21 mit einem gehäuse festen Bauteil 22 drehmomentübertragend verbunden ist.

Das Schaltelement 6 ist als Klauenkupplung ausgebildet. Ein Wandelgetriebe, als Teilgetriebe des EVT-Getriebes 1, ist in den Fign. 1 und 2 mit dem Bezugszeichen 23 referenziert.

Bezuqszeichenliste EVT-Getriebe Verbrennungskraftmaschine erste Elektromaschine zweite Elektromaschine Differentialgetriebe Schaltelement Sammelgetriebe Sammelwelle erstes Zahnrad zweites Zahnrad Antriebswelle drittes Zahnrad Zwischenwelle viertes Zahnrad Drehmomentübertragungsorgan Ausgang Planetengetriebe Sonnenrad Planetenträger Planetenrad Hohlrad gehäusefestes Bauteil Wandelgetriebe