DE102005039592A1

DE102005039592A1 - Getriebebaueinheit

Info

Publication number: DE102005039592A1
Application number: DE102005039592A
Authority: DE
Inventors: Peter Rose; Tillmann Prof. Dr. Körner; Achim Paul Schieder; Ulrich Dr. Burr; Bernhard Dr. Höfig
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-22
Also published as: DE202005021214U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang
- mit einer Anfahreinheit und einem mechanischen Getriebeteil.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- Die Anfahreinheit ist als Hybridmodul ausgeführt, umfassend eine als Generator und als Motor betreibbare elektrische Maschine und eine Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung;
- die mechanische Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung des Hybridmoduls ist als Dreiwellengetriebe ausgeführt, umfassend eine erste Welle, die mit dem Getriebeeingang wenigstens mittelbar drehfest verbindbar ist, eine zweite Welle, welche wenigstens mittelbar mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit und damit dem Eingang des mechanischen Getriebeteils drehfest verbunden ist und zusätzlich wahlweise mit dem Eingang der Getriebebaueinheit, sowie eine dritte Welle, die mit der wenigstens als Generator betreibbaren elektrischen Maschine drehfest verbunden ist;
- die als Generator und Motor betreibbare elektrische Maschine ist als Hohlwellenmaschine ausgeführt und koaxial zur Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung des Hybridmoduls angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebebaueinheit, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Automatgetriebe sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt. Diese sind in der Regel als hydrodynamisch-mechanische Mehrgangverbundgetriebe ausgeführt, umfassend einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler und einen mechanischen Getriebeteil. Die Druckschrift DE 36 04 393 C2 offenbart ein hydrodynamisches Mehrgangverbundgetriebe, umfassend einen Drehmomentenwandler und ein mit diesem in Serie geschaltetes Schaltgetriebe. Das Schaltgetriebe umfaßt dazu zwei Planetenradsätze, wobei die Planetenträger der beiden Planetenradsätze miteinander gekoppelt sind und den Ausgang des Schaltgetriebes bilden. Die Anzahl der erforderlichen Planetenradstege bzw. Planetenradsätze (u. U. ein Ravigneauxsatz) kann mit einer derartigen Anordnung gering gehalten werden und bei entsprechender Zuordnung von Schalteinrichtungen sind zumindest drei Gangstufen realisierbar, die in axialer Richtung gesehen, sehr kurz gehalten werden. Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentenwandler umfaßt ein Pumpenrad, ein Turbinenrad sowie zwei Leiträder – ein erstes Leitrad und ein zweites Leitrad, wobei Mittel vorgesehen sind, welche eine Kopplung des Turbinenrades sowie des ersten Leitrades mit dem mechanischen Getriebeteil in Form des Schaltgetriebes ermöglichen. Im einzelnen ist die Gesamtgetriebeeingangswelle entweder über den hydrodynamischen Drehzahl/Drehmomentenwandler und dabei über das Turbinenrad mit dem Sonnenrad des einen Planetenradsatzes des mechanischen Getriebeteiles oder aber direkt über eine sogenannte Überbrückungskupplung mit diesem koppelbar. Das erste Leitrad ist über einen Freilauf mit dem Sonnenrad des anderen zweiten Planetenradsatzes des mechanischen Getriebeteiles verbunden. Die charakteristischen Eigenschaften des Drehzahl-/Drehmomentenwandlers in jedem Bereich des Übersetzungsverhältnisses und das Übersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebeteils werden durch Umschalten des Übertragungsweges des von der ersten Leitradwelle ausgehenden Momentes geändert, und zwar durch die wahlweise Betätigung von Kupplungs- und/oder Bremseinrichtungen, die entweder ein Festsetzen der ersten Leitradwelle oder aber eine Kopplung der ersten Leitradwelle mit der Turbinenradwelle und damit des ersten Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes ermöglichen. Mit dieser Ausführung wird ein verschleißfreier Anfahrvorgang ermöglicht. Für die Nebenantriebe, das heißt Antriebe der Nebenaggregate, sind jedoch entweder entsprechende Ankopplungen an den Übertragungsweg oder separate Antriebe in Form von Elektromotoren erforderlich. Die Anbindung an den Übertragungsweg erfolgt dabei in der Regel im Bereich des mechanischen Getriebeteiles und ist bei der Auslegung und Dimensionierung dessen mit zu berücksichtigen.

Die Anfahreinheit eines derartigen Getriebes, umfassend den hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, kann zwar die an sie gestellten Anforderungen erfüllen, soll die Getriebebaueinheit auch für Hybridantriebe geeignet sein, ist eine entsprechende Kopplungsmöglichkeit vorzusehen. Hybridantriebe wiederum sind ebenfalls aus einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik vorbekannt, beispielsweise wird auf "Press Information 1997" von Toyota ist ein Hybridsystem verwiesen, bei welchem nach dem Leistungsverzweigungsprinzip die Verbrennungskraftmaschine über einen Planetenträger eines Planetengetriebes sowohl einen Generator als auch über das Hohlrad den Abtriebsstrang treibt. Die Leistung wird somit in einem mechanischen Strang und einen elektrischen Strang verzweigt, wobei im elektrischen Strang ähnlich einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentenwandler das Drehmoment variiert werden kann. Am Ausgang ist die Summe der Drehmomente des mechanischen Teilstranges sowie des elektrischen Teilstranges abnehmbar. Des weiteren erlaubt diese Anordnung z. B. auch einen rein elektrischen Betrieb, in dem nur der Elektromotor gespeist wird, die Verbrennungskraftmaschine jedoch stillsteht. Das Hybridsystem umfasst zu diesem Zweck eine Leistungsaufteilungseinrichtung, einen Generator, einen Elektromotor und ein Reduziergetriebe. Die Leistungsaufteilungseinrichtung ist in Form eines Planetenradsatzes ausgeführt, wobei der Planetenradträger, d. h. der Steg, mit der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine in Triebverbindung steht. Über den Planetenträger bzw. die mit diesem gekoppelten Planetenräder wird die Leistung zum Sonnenrad und zum Hohlrad des Planetenradgetriebes übertragen. Die Hohlradwelle ist dabei direkt mit dem elektrischen Antriebsmotor und mit der Abtriebswelle über ein Reduziergetriebe gekoppelt. Die Sonnenradwelle ist mit dem Generator gekoppelt. Mit einer derartigen Einrichtung sind eine Vielzahl von verschiedenen Betriebsweisen realisierbar. So wird der Anlassvorgang der Verbrennungskraftmaschine über den Generator realisiert. Dieser fungiert als Anlasser und wird in diesem Fall aus der Energiespeichereinrichtung gespeist. Nachdem die Verbrennungskraftmaschine angelassen ist, wird der Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt und treibt den Elektromotor an, welcher wiederum Leistung an die Abtriebswelle bzw. an die anzutreibenden Räder abgibt. Im normalen Traktionsbetrieb des Fahrzeuges, d. h. dem Fahrbetrieb, liefert die Verbrennungskraftmaschine die gesamte Leistung, und es wird keine zusätzliche elektrische Energie erzeugt. Bei einer gewünschten Beschleunigung wird die von der Verbrennungskraftmaschine abgegebene Leistung auf die zwei Getriebezweige aufgesplittet und entsprechend des gewünschten Ergebnisses in den einzelnen Leistungszweigen hinsichtlich der Drehzahl und des Drehmomentes gewandelt. Der Nachteil eines derartigen Systems besteht im wesentlichen darin, dass in jedem Fall eine entsprechende Ansteuerung der Leistungsstellglieder des Generators und/oder des Elektromotors erfolgen muss, um die Leistungsaufteilung in entsprechender Weise vornehmen zu können und dass des weiteren die gesamte Antriebseinrichtung sehr viel Platz und Bauraum benötigt.

Zur Lösung dieser Problematik schlägt DE 201 17 410 eine elektromechanische Getriebebaueinheit vor, umfassend wenigstens einen mechanischen und einen elektrischen Getriebezweig. Der elektrische Getriebezweig umfasst eine elektrische Getriebebaueinheit mit wenigstens einer ersten, als Generator betreibbaren elektrischen Maschine und einer zweiten, wenigstens als Elektromotor betreibbaren elektrischen Maschine. Es sind ferner Mittel vorgesehen, mit welchen die an der Getriebeeingangswelle einleitbare Leistung auf die Getriebezweige aufteilbar ist und an der Getriebeausgangswelle wieder zusammengeführt wird. Die Getriebeeingangswelle, Getriebeausgangswelle und die als Generator betreibbare elektrische Maschine sowie die als Motor betreibbare elektrische Maschine und die Mittel sind hinsichtlich ihrer An- und Abtriebselemente koaxial zueinander angeordnet. Bei dieser Ausführung erfolgt die Leistungsübertragung hauptsächlich in Leistungsverzweigung in allen Betriebszuständen. Dies bedeutet, dass immer ein Leistungsanteil elektrisch übertragen werden muss, während der andere mechanisch übertragen wird. Eine separate Übertragung über nur einen der Leistungszweige ist nur unter Hinzunahme weiterer Hilfsmittel zur Abstützung der einzelnen Komponenten möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebebaueinheit für einen Hybridantrieb auf einfache Art und Weise mit aus dem Stand der Technik bekannten Baugruppen zu schaffen. Dabei soll ein hoher Grad an Standardisierung und die Nutzung eines Grundgetriebes für einen Hybridantrieb aus einem konventionellen Automatgetriebe gegeben sein. Die Vorteile der elektrischen Leistungsübertragung sollen dabei vor allem für den Anfahrbereich genutzt werden können, wobei die Möglichkeit einer selbsttätigen Reduzierung des elektrischen Leistungsanteiles ebenfalls gegeben sein soll.

Es ist ein Betrieb der Getriebebaueinheit als Automatgetriebe sicherzustellen, so dass auch eine rein mechanische Leistungsübertragung ohne Probleme möglich ist, wobei eine Umschaltung zwischen einer kombinierten mechanisch elektrischen Antrieb und dem rein elektrischen oder dem rein mechanischen Fahrbetrieb ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen soll.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß umfasst die Getriebebaueinheit dazu eine Anfahreinheit und einen mechanischen Getriebeteil, der dem eigentlichen Gangschaltgetriebeentspricht. Als Anfahreinheit findet jedoch kein hydrodynamischer Drehzahl/Drehmomentwandler und eine entsprechend dazu erforderliche Überbrückungskupplung zur Umgehung dessen Verwendung, sondern eine Hybrideinheit als Bau- und Funktionseinheit aus einer elektrischen Maschine, welche sowohl als Generator als auch als Elektromotor betreibbar ist und einer Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Planetenradsatzes. Dadurch wird gewährleistet, dass das ohnehin mögliche nutzbare Mehrganggetriebe als Basisgetriebe mit einem Antriebsmodul in Form einer Hybridmoduls, welcher als Einheit ausgeführt ist, auf einfache Art und Weise zu einer Getriebebaueinheit zusammenfassbar ist. Dadurch kann ein seriell als auch parallel nutzbarer Hybridantrieb bereitgestellt werden. Dieser Hybridmodul ersetzt das konventionelle, hydrodynamische Anfahrelement. Dieser fungiert dabei sowohl als Antriebs- als auch als Bremsmodul. Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine als Hohlwellenmaschine ausgeführt, d. h. der Rotor ist als Hohlwelle ausgeführt und bildet einen Hohlraum, in welchem das Planetendifferenzial des Hybridmoduls angeordnet ist. D. h. die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung des Hybridmoduls ist koaxial zur Rotationsachse des Rotors der elektrischen Maschine und damit zur elektrischen Maschine angeordnet und vorzugsweise im Bereich der axialen Erstreckung der elektrischen Maschine. Ferner kann je nach Ausführung der elektrischen Maschine diese auch einen Innenstator aufweisen, der dann ebenfalls an einen hohlzylindrischen Trägerelement angeordnet ist. Durch diese Bauweise wird eine besonders platzsparende Bauweise möglich, wobei das Hybridmodul in den für hydrodynamische Anfahreinheiten vorgesehenen Bauraum integrierbar ist. Der Antriebs- und Bremsmodul ist auf einem Planetenradsatz und einer elektrischen Maschine aufgebaut, die als Elektromotor und als elektrischer Generator nutzbar ist. Dadurch wird es möglich, verschiedene Anfahr- und Fahrbetriebe zu realisieren. Diesbezüglich können unterschieden werden:

a) Anfahren und Fahren bis beispielsweise 50 km/h rein elektrisch
b) Anfahren und Fahren sowohl mit einer konventionellen Antriebsmaschine, d. h. einem Dieselmotor und einem Elektromotor in Leistungssummierung bei variablen Eingangsdrehzahlen und konstanten Drehmomentverhältnissen beider Antriebe (Koppelung nach Willies-Gleichung verstanden)
c) Anfahren und Fahren mit Diesel- und E-Motor in reiner Leistungssummierung bei gleichen Eingangsdrehzahlen beider Antriebe aber unterschiedlichen Drehmomenten
d) Anfahren und Fahren nur mit Dieselmotor
e) Rückwärtsfahren

Der Hybridantrieb ermöglicht ferner einen Langzeitladebetrieb, d. h. Dauerrekuperationsbetrieb, wobei unter Rekuperation die Möglichkeit des Aufladens einer elektrischen Speichereinheit verstanden wird. Auch ist ein Kurzzeitladebetrieb, d. h. Kurzrekuperationsbetrieb bei Bremsvorgängen in den elektrischen Speicher möglich.

a) Bremsen und Rekuperieren bis 50 km/h rein generatorisch
b) Bremsen und Rekuperieren mit Motorbremse und der elektrischen Maschine, welche als Generator betrieben wird, in Bremsleistungsverteilung bei variablen Drehzahlen von Verbrennungskraftmaschine und elektrischer Maschine, jedoch konstanter Drehmomentverhältnissen
c) Bremsen und Rekuperieren mit Motorbremse und Generator in Bremsleistungsverteilung bei gleichen Eingangsdrehzahlen beider Antriebe und variablen Drehmomenten
d) Bremsen mit Motorbremse ohne Rekuperation
e) Bremsen mit hydrodynamischem Retarder

Dieses Hybridmodul fungiert als Modul zum Umschalten in die genannten Betriebszuständen.

Gemäß einer Weiterentwicklung umfasst die Getriebebaueinheit zusätzlich auch einen hydrodynamischen Retarder. Dieser kann bei jedem Bremsbetrieb sinnvoll mitgenutzt werden. Dabei kann fehlende Bremsleistung, insbesondere bei Umschaltvorgängen oder Notbetriebsbremsungen und/oder bei mangelnder Deckung der Bremsleistung in den einzelnen Bremssituationen von Generator und Motorbremse kompensiert werden.

Erfindungsgemäß setzt sich der Hybridmodul aus einem schaltbaren Differenzialgetriebe mit einer elektrischen Maschine als elektrisches Anfahrelement zusammen. Dabei weist das Differenzialgetriebe eine Standgetriebeübersetzung mit der auch eine feste Betriebsübersetzung einstellbar ist, auf. Das Differenzialgetriebe hat dabei verschiedene Aufgaben, insbesondere fungiert dies als Summiergetriebe bei parallelem Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Maschine oder als Verteilgetriebe bei Antrieb über die Antriebsmaschine und Umwandlung eines Teils der mechanisch in das Getriebe eingebrachten Leistung in elektrische Energie bei gleichzeitigem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine. Ferner ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, welche einen rein verbrennungsmotorischen Betrieb ermöglicht, das heißt eine Umgehung der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine wirkt als verschleißfreie Bremse im Rekuperationsbetrieb. Ein Schleppen der elektrischen Maschine tritt nicht ein, da das Hohlrad frei drehbar in diesem Zustand bleibt. Die Planeten gleichen langsame Mitlaufbewegungen von Hohlrad und Sonnenrad aus.

Die Koppelstruktur ist dabei durch folgende Merkmale charakterisiert:
Die Getriebebaueinheit umfasst mindestens einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang sowie einen Hybridmodul, welcher einem mechanischen Getriebeteil vorgeschaltet ist. Die mechanische Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung ist dabei mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit drehfest verbunden. Der Hybridmodul ist mit dem Getriebeeingang drehfest verbunden, wobei dieser mit einer Antriebsmaschine, vorzugsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine, drehfest koppelbar ist. Der Hybridmodul umfasst mindestens eine als Generator und als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine und eine mechanische Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung in Form eines Differenzialgetriebes, vorzugsweise in Form eines Dreiwellengetriebes. Dieses umfasst eine erste Welle, die mit dem Getriebeeingang wenigstens mittelbar drehfest verbindbar ist, eine zweite Welle, welche wenigstens mittelbar mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit, insbesondere dem Eingang der mechanischen Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung gekoppelt ist und zusätzlich wahlweise mit dem Eingang der Getriebebaueinheit sowie eine dritte Welle, die mit der Antriebswelle der elektrischen Maschine drehfest verbunden ist. Die erste Welle wird vom Hohlrad gebildet, die zweite Welle vom Steg und die dritte Welle vom Sonnenrad. Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine als Hohlwellenmotor ausgeführt und koaxial zum Planetendifferenzial des Hybridmoduls angeordnet. Der Hohlwellenmotor ist durch eine als Hohlwelle ausgeführte Rotorwelle charakterisiert, die in Umfangsrichtung einen Hohlraum beschreibt, der in platzsparender Weise zur Anordnung des Planetendifferenzialgetriebes genutzt wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die elektrische Maschine und das Planetendifferenzial in einer axialen Ebene angeordnet, so dass hier eine besonders platzsparende Bauweise gewährleistet werden kann. Zwischen der ersten Welle und dem Eingang der Getriebebaueinheit ist dabei eine erste Kupplungseinrichtung vorgesehen und zwischen der zweiten Welle und dem Eingang der Getriebebaueinheit eine zweite Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtungen können dabei als kraftschlüssige und/oder formschlüssige Kupplungseinrichtungen ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es aufgrund der Anordnung der einzelnen Elemente und deren Kopplung, ein elektromechanisches Getriebe zu schaffen, mit dem zum einen eine Leistungsübertragung über zwei Leistungszweige von zwei Antriebsmaschinen möglich ist, jedoch auch eine rein mechanische Leistungsübertragung sowie eine rein elektrische Leistungsübertragung ohne erhebliche Modifikationen, wobei die Umschaltung zwischen den einzelnen Betriebsbereichen frei von Zugkraftunterbrechung erfolgen kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung kann ein Anfahren mit Verbrennungsmotor (erste Welle) und der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb (Welle 3) ermöglicht werden. Ein Anfahren mit leeren Batterien kann ermöglicht werden.

Bezüglich der Betätigung der einzelnen Kupplungseinrichtungen und der Bremseinrichtung bestehen für die einzelnen Betriebszustände eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dabei ist auch denkbar, bei rein mechanischen Fahrbetrieb (Kupplung C2 geschlossen) oder im Stillstand mechanische Leistung über die als Generator betriebene elektrische Maschine in den Energiespeicher als elektrische Energie zu speichern. Die erfindungsgemäße Lösung bietet ferner den Vorteil, dass aufgrund der Verwendung einer elektrischen Maschine und des Planetendifferenzials die die übertragbare Leistung charakterisierenden Größen frei, das heißt stufenlos gesteuert werden können. Dies betrifft im einzelnen die Steuerung von Drehzahl und/oder Drehmoment.

Bei Integration der erfindungsgemäß gestalteten Getriebebaueinheit und der Kopplung der elektrischen Maschine mit einer Energieversorgungseinrichtung, vorzugsweise auch Energiespeichereinrichtung, beispielsweise in einem Fahrzeug, ergeben sich im einzelnen zusätzlich die folgenden möglichen Betriebsweisen, wobei hier zwischen Traktionsbetrieb und Schleppbetrieb bzw. Bremsbetrieb unterschieden wird:

1. Im Traktionsbetrieb, d. h. Leistungsübertragung von der Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle: a) Leistungsübertragung von der Energiespeichereinrichtung über den Elektromotor zu einer mit dem Getriebeeingang gekoppelten Antriebsmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine zur Realisierung des Anlassvorganges b) Leistungsübertragung von der Verbrennungskraftmaschine und vom Elektromotor auf den mechanischen Getriebeteil zur Abtriebswelle (Drehmomentverhältnisse konstant) unter Ausnutzung der Standübersetzung des Planetendifferenzials des Hybridmoduls c) Leistungsübertragung von der Verbrennungskraftmaschine und damit Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle und Elektromotor bei einem überbrückten Verteilergetriebe (Drehzahlverhältnisse konstant) d) Mechanische Leistungsübertragung vom Verbrennungsmotor in die Getriebeeingangswelle zur Getriebeausgangswelle bei überbrücktem Verteilergetriebe, d. h. Planetendifferenzials des Hybridmoduls e) rein elektrische Leistungsübertragung von der Energiespeichereinrichtung über den Elektromotor und das Planetendifferenzialgetriebe zur Getriebeausgangswelle
2. Im Schleppbetrieb und Bremsbetrieb: a) Leistungsübertragung von den Antriebsrädern zur Verbrennungskraftmaschine über den mechanischen Getriebezweig zum Schleppen der Verbrennungskraftmaschine und Abzweigung eines Leistungsanteiles zur Aufladung der Energiespeichereinrichtung bei generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine b) Leistungsübertragung von den Antriebsrädern zur Energiespeichereinrichtung über den elektrischen Getriebezweig zur Aufladung der Energiespeichereinrichtung bei abgekoppelter Verbrennungskraftmaschine und feststehendem Hohlrad des Planetendifferenzials c) Leistungsübertragung von der Getriebeausgangswelle zur Verbrennungskraftmaschine bei überbrücktem Planetendifferenzialgetriebe

Die Realisierung der einzelnen Betriebsweisen erfolgt durch entsprechende Feststellung einzelner Getriebeelemente und/oder Ansteuerung der Stellglieder der Getriebeelemente und/oder der Ansteuerung der elektrischen Maschine und/oder Kopplung zwischen Energiespeichereinrichtung und der elektrischen Kopplung sowie den in der elektrischen Kopplung angeordneten Stellgliedern. Die Ansteuerfunktionen werden dabei vorzugsweise mittels einer Steuer- bzw. Regelvorrichtung ausgeführt, welche beim Einsatz in einem Fahrzeug vorzugsweise in einer zentralen Fahrsteuerung integriert bzw. von dieser gebildet wird oder mit dieser koppelbar ist. Als Eingangsgrößen wird dabei vorzugsweise wenigstens ein Signal, beispielsweise ein Signal für einen Fahrerwunsch nach einer Beschleunigung und/oder Verzögerung bzw. einer Inbetriebnahme des Fahrzeuges, ein Signal für wenigstens eine, den aktuellen Fahrzustand wenigstens mittelbar charakterisierende Größe und/oder eine, den Ist-Ladezustand der Energiespeichereinrichtung wenigstens mittelbar charakterisierende Größe verwendet. Je nach gewünschter Betriebsweise genügt ein entsprechendes Signal. Vorzugsweise werden jedoch alle überwacht. Die Steuer- bzw. Regelvorrichtung weist dazu eine Vielzahl von Ausgängen auf. Diese sind mit den entsprechenden Schalteinrichtungen in der Getriebebaueinheit koppelbar sowie den Stellgliedern, insbesondere den Wechselrichtereinheiten von der als Generator betreibbaren elektrischen Maschine und mit der Kopplung zwischen der Energiespeichereinrichtung und der elektrischen Kopplung zwischen Generator und Elektromotor verbunden. Entsprechend des Fahrerwunsches bzw. der gewünschten Betriebsweise werden durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen genannten Elemente die genannten Funktionen realisiert.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hybridmodul als vorgefertigte Baueinheit konzipiert und kann in dieser Form an jedes beliebige mechanische Getriebe gekoppelt werden. Bezüglich der Ausführung des mechanischen Getriebes bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der mechanische Drehzahl/Drehmomentwandler vorzugsweise mindestens als Dreiganggetriebe konzipiert, wobei die einzelnen Gangstufen über ein vierwelliges Planetengetriebe realisiert werden. Das vierwellige Planetengetriebe ist dabei in Form eines Ravignaux-Satzes aufgebaut, d. h. wird aus zwei miteinander drehfest verbundenen Planetenradstufen gebildet. Die Planetenradsätze sind dabei derart aufgebaut und ausgelegt, dass jeweils ein Element des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes wenigstens mittelbar mit der Getriebeeingangswelle oder dem Hybridmodul koppelbar sind und jeweils ein weiteres zweites Element des ersten Planetenradsatzes mit einem weiteren zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und diese Kopplung den Ausgang des mechanischen Getriebeteils bildet, welcher wenigstens mittelbar mit dem Abtrieb des Getriebes verbunden ist. Vorzugsweise wird die Kopplung der beiden Planetenradsätze – erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz – hinsichtlich eines ihrer Getriebeelemente derart realisiert, dass Getriebeelemente des gleichen Typs miteinander gekoppelt werden. Dabei wird das Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes, welches mit einem Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, vorzugsweise jeweils vom Planetenträger des dazugehörenden Planetenradsatzes gebildet. Die beiden Sonnenräder der einzelnen Planetenradsätze des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes bilden die Eingänge des mechanischen Getriebeteils. Der Ausgang des mechanischen Getriebeteils kann entweder direkt mit dem Abtrieb des Getriebes oder einer weiteren mechanischen Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung in Form einer mechanischen Nachschaltstufe, welche wiederum mit dem Abtrieb bzw. der Getriebeausgangswelle verbunden ist, gekoppelt sein.

Zur Realisierung der einzelnen Gangstufen sind Schalteinrichtungen in Form von Brems- und/oder Kupplungseinrichtungen vorgesehen, wobei diese vorzugsweise in Lamellenbauart ausgeführt werden. Die einzelnen Schalteinrichtungen sind entsprechend dem gewünschten Gang und der dabei erhältlichen Übersetzung zu betätigen. Dazu ist vorzugsweise wenigstens eine Getriebesteuerung vorgesehen. Eine erste Bremseinrichtung dient dabei der Feststellung eines ersten Getriebeelementes des ersten Planetengetriebes des mechanischen Getriebeteils, während eine zweite Bremseinrichtung der Feststellung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes und eine dritte Bremseinrichtung der Feststellung des Hohlrades des zweiten Planetenradsatzes des mechanischen Drehzahl/Drehmomentwandlers dient.

Durch die Integration der erfindungsgemäß gestalteten elektro-mechanischen Getriebebaueinheit in ein Fahrzeug besteht die Möglichkeit der Schaffung eines sehr kompakt gestalteten Hybridantriebes. Vorzugsweise kann die elektromechanische Getriebebaueinheit anstelle eines automatischen Getriebes in den Antriebsstrang integriert werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass der Steuerblock eines Mehrgangbetriebs identisch genutzt werden kann, um das Anfahrmodul zu steuern. So kann im Hybridmodul beispielsweise die frühere Lock-up-Kupplung des Wandlers eines hydrodynamischen Anfahrmoduls als eine der Kupplungen verwendet werden. Aufgrund der minimalen Baugröße, welche durch die koaxiale Anordnung der einzelnen leistungsübertragenden Elemente der einzelnen Getriebezweige bedingt ist, kann auf einfache Art und Weise ein herkömmliches Automatgetriebe gegen das erfindungsgemäß gestaltete elektromechanische Getriebe ausgetauscht werden. Das elektro-mechanische Getriebe bietet dabei den Vorteil, dass der Gesamtwirkungsgrad höher ist, da die Verlustleistungsanteile des Wandlers beim Anfahren unterboten werden. Bei Ladungsbetrieb kann das Drehmoment des Verbrennungsmotors so angehoben werden, dass er in einem besseren Wirkungsbereich betrieben werden kann. Zusätzlich kann auf eine klassische Anlassereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine verzichtet werden, was insbesondere bei häufigem Stop-and-Go-Verkehr von enormem Vorteil ist, da die herkömmlichen Anlassereinrichtungen im Dauernutzungsbetrieb nur eine sehr geringe Lebensdauer aufweisen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist ferner eine Ölförderpumpe, insbesondere Zahnradpumpe vorgesehen, welche über eine separate elektrische Maschine angetrieben wird, falls die Eingangsdrehzahl des mechanischen Getriebes zu klein wird. Eine Überholkopplung erlaubt den sequentiellen Betrieb dieser Pumpe, die das Druckniveau und die erforderlichen Öffnungen für die Schaltelemente und die Schmierung bereitstellt. Bei entsprechender PTO-Stirnradkettenausbildung könnten Lenkhilfepumpen und/oder Kompressoren (Klimaanlage) angetrieben werden.

Die Energieversorgungseinrichtung für die elektrische Maschine kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Im einfachsten Fall wird eine beim Einsatz in Fahrzeugen integrierte Lösung gewählt, welche beispielsweise in Form einer Batterie oder einer Brennstoffzelle vorliegen kann. Denkbar sind jedoch auch Ausführungen mit externer Energieversorgung, beispielsweise in Form eines Fahrdrahtes.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 verdeutlicht eine Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten Getriebebaueinheit in Form eines Dreiganggetriebes;
2 verdeutlicht anhand einer Tabelle die einzelnen theoretisch möglichen Schaltzustände.
Die 1 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten Getriebebaueinheit 1. Diese umfasst einen Eingang E, welcher mit einer Antriebsmaschine oder einer Antriebseinheit verbindbar ist und mindestens einen Ausgang A, der wenigstens mittelbar beim Einsatz in Fahrzeugen mit den anzutreibenden Rädern koppelbar ist. Die Getriebebaueinheit 1 umfasst einen mechanischen Getriebeteil 2, umfassend mechanische Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtungen und eine Anfahreinheit 3 in Form eines Hybridmoduls 42, umfassend eine als Generator und als Motor betreibbare elektrische Maschine 4 sowie eine Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5. Die elektrische Maschine 4 ist über einen, hier nur schematisiert angedeuteten Spannungszwischenkreis 6 mit einer Energieversorgungseinrichtung 43 koppelbar. In diesem sind Mittel 7 zur Beeinflussung der von der elektrischen Maschine bereitstellbaren elektrischen Leistung oder aber aufnehmbaren mechanischen Leistung im Generatorbetrieb vorgesehen. Im einzelnen dienen diese Mittel 7 der Steuerung der die aufnehmbare oder abgebare Leistung der elektrischen Maschine 4 wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen, wie Drehzahl und Drehmoment. Diese Mittel 7 sind im einfachsten Fall als Um- bzw. Wechselrichter ausgeführt.
Bezüglich der Ausgestaltung der Mittel 7 bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Das gilt auch für ihre Anordnung und Zuordnung zum Spannungszwischenkreis 6.
Die Anfahreinheit 3 bzw. der Hybridmodul 42 wird dabei mit dem mechanischen Getriebeteil 2 zu einer baulichen Einheit, der Getriebebaueinheit 1 zusammengefasst. Vorzugsweise sind Anfahreinheit 3 und mechanische Getriebeteil 2 in Modulbauweise ausgeführt, d. h. können als vorgefertigte Einheiten vormontiert, gelagert und dann zusammengebaut werden.
Die der Anfahreinheit 3 zugeordnete mechanische Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 fungiert als Verteiler oder Summiergetriebe 8. Dieses liegt mindestens in Form eines dreiwelligen Getriebes 9, vorzugsweise in Form eines Planetenradgetriebes 10, vor. Das Planetenradgetriebe 10 umfasst eine erste Welle 11, welche mit dem Eingang E der Getriebebaueinheit 1 drehfest verbindbar ist, beispielsweise über eine Kupplungseinrichtung C1. Ferner ist eine zweite Welle 12 vorgesehen, die mit dem Ausgang A der Getriebebaueinheit drehfest verbunden und über eine zweite Kupplungseinrichtung C2 mit dem Getriebeeingang E drehfest verbindbar ist und eine dritte Welle 13, welche mit der elektrischen Maschine 4 drehfest verbunden ist. Zur Realisierung des mechanischen Durchtriebs ist die zweite Welle 12 ferner drehfest mit dem Eingang E der Getriebebaueinheit verbindbar. Im dargestellten Fall erfolgen die möglichen Verbindungen von erster Welle 11 mit dem Getriebeeingang E und zweiter Welle 12 mit dem Eingang E der Getriebebaueinheit jeweils über Kupplungseinrichtungen, hier über C1 und C2. Diese können als form- und/oder kraftschlüssige Kupplungen ausgeführt werden. Die erste Welle wird dabei vom Hohlrad 14 des Planetenradgetriebes 10 gebildet, die zweite Welle 12 vom Steg 15 und die dritte Welle 13 vom Sonnenrad 16.
Die Ausführung gemäß 1 verdeutlicht dabei die Getriebebaueinheit 1 in Kompaktbauweise. Die mechanische Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 2 sowie die Anfahreinheit 3, insbesondere die elektrische Maschine 4 und die als Summier- und/oder Verteilergetriebe je nach Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 fungierende Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 sind in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Gemäß 1 sind die elektrische Maschine 4 und die Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 der Anfahreinheit 3 bzw. des Hybridmoduls koaxial zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind beide in einer axialer Ebene angeordnet. Dies wird dadurch realisiert, dass die elektrische Maschine 4 in Hohlwellenbauweise ausgeführt ist, wobei der Hohlraum das Planetengetriebe 10 umschließt. Dabei ist der Rotor der elektrischen Maschine 4 hohlzylindrisch ausgeführt und mit der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 drehfest verbunden.
Die Kupplung C2 kann ebenfalls in die Hohlwelle verlegt werden.
Der mechanische Getriebeteil 2 umfasst im dargestellten Fall ein Planetengetriebe 20 in Form eines sogenannten Ravignaux-Satzes. Dieser umfasst zwei Planetenradstufen 21 und 22 in Form dreiwelliger Planetenradgetriebe, die zu einem vierwelligen Planetengetriebe 20 zusammengefasst sind. Jede der Planetenradstufen 21 und 22 umfasst dabei eine erste Welle 23 bzw. 24, eine zweite Welle 25 bzw. 26 und eine dritte Welle 27 bzw. 28. Die ersten Wellen 23, 24 werden dabei von einem ersten Element 29 bzw. 30 der einzelnen Planetenradstufen 21 bzw. 22, die zweite Welle 25 bzw. 26 von einem zweiten Element 31 bzw. 32 und die dritte Welle 27 bzw. 28 von einem dritten Element 33 bzw. 34 der einzelnen Planetenradstufen 21 und 22 gebildet. Das erste Element 29 der ersten Planetenradstufe 21 in Form der ersten Welle 23 wird dabei von einem Sonnenrad 35, die zweite Welle 25 vom zweiten Element 31 der ersten Planetenradstufe 21 in Form des Steges 36 und die dritte Welle 27 in Form des dritten Elementes 33 in Form des Hohlrades 37 gebildet. Für die zweite Planetenradstufe 22 wird die erste Welle 24 vom ersten Element 30 in Form des Sonnenrades 38 gebildet, die zweite Welle 26 in Form des zweiten Elementes 32 vom Steg 39 und die dritte Welle 28 in Form des dritten Elementes 34 vom Hohlrad 40. Dabei sind die Stege 36 und 39 der beiden Planetenradstufen 21 und 22 miteinander drehfest verbunden und ferner drehfest mit dem Getriebeausgang A. Die ersten Wellen 23 und 24 sind mit dem Getriebeeingang E drehfest verbindbar. Die Kopplung erfolgt entweder direkt oder für die erste Planetenradstufe 21 über die Kupplungseinrichtung C3. Die dritten Wellen 27 und 28 in Form der dritten Elemente 33 und 34, welche jeweils von den Hohlrädern 37 und 40 gebildet werden, sind dabei über Bremseinrichtungen B21 für die Planetenradstufe 21 und B22 für die Planetenradstufe 22 am Gehäuse 41 oder einem ortsfesten Bauelement feststellbar. Die zweiten Wellen 25 und 26 in Form der zweiten Elemente 31 und 32 sind mit dem Getriebeausgang A drehfest verbunden. Ferner ist eine weitere Bremseinrichtung B3 vorgesehen, die der ersten Welle 23 der ersten Planetenradstufe 21 zugeordnet ist und diese ebenfalls wahlweise an einem ortsfesten Bauelement oder aber dem Gehäuse 41 feststellt.
Mit der erfindungsgemäß gestalteten Getriebebaueinheit 1 ist es möglich, die am Getriebeausgang A erforderliche Leistung entweder rein elektrisch oder mechanisch durch direkte Kopplung mit dem Getriebeeingang E zum mechanischen Getriebeteil 2 zu übertragen. Ferner ist es möglich, die Leistung über die elektrische Maschine 4 als auch über die Kopplung mit einer Antriebsmaschine bereitzustellen. Die sich daraus ergebenden Leistungszweige, erster Leistungszweig 17 und zweiter Leistungszweig 18, sind durch unterschiedliche Pfeile beispielhaft wiedergegeben. Dabei wird mittels eines unterbrochenen und eines strichpunktierten Pfeiles die Leistungsflussrichtung in den einzelnen Leistungszweigen 17 bzw. 18 dargestellt. Je nach Schaltstellung der einzelnen Schaltelemente C1 bis C3 sowie der Bremseinrichtungen B1 bzw. B₂₁, B₂₂ und B₃ können unterschiedliche Betriebszustände realisiert werden. B₂₁ könnte entfallen, wenn Rückwärtsgang über Hybridmodul befriedigend realisiert wird. Die Tabelle gemäß 2 verdeutlicht dabei beispielhaft die Betätigung der einzelnen Schaltelemente für einzelne Fahrbereiche. Diese werden durch Ansteuerung der den einzelnen Getriebeelementen zugeordneten Schaltelementen in Form der Kupplungs- und/oder Bremseinrichtungen eingestellt. Dabei wird zwischen der rein elektrischen Leistungsübertragung zum mechanischen Getriebeteil 2, rein mechanischer Leistungsübertragung zum mechanischen Getriebeteil 2 und Kombination beider unterschieden. Welche der einzelnen Fahrzustände eingestellt wird, hängt dabei von der konkreten Einsatzsituation ab und wird in entsprechenden Steuerungsprogrammen zur Ansteuerung der Getriebebaueinheit 1 hinterlegt.
Für den rein mechanischen Betrieb, d. h. Leistungsübertragung nur über den Leistungszweig 17, ist die Kupplungseinrichtung C2 betätigt, das heißt geschlossen und die Kupplungseinrichtung C1 ist geöffnet. Der Antrieb erfolgt vom Eingang E direkt zum Ausgang A unter Umgehung der elektrischen Maschine 4 direkt zum mechanischen Drehzahl-/Drehmomentwandler 2, insbesondere der Planetenradstufe 22 und über diese, insbesondere den Steg 39, zum Getriebeausgang A. Dazu ist die der mechanischen Gangstufe und die der Planetenradstufe 22 zugeordnete Bremseinrichtung B₂₂ geschlossen. Die weiteren mechanischen Gangstufen werden durch die entsprechende Betätigung der Bremseinrichtung B3 und der Kupplungseinrichtung C3. Die zweite mechanische Gangstufe wird unter Beibehaltung der Betätigung der Kupplungseinrichtung C2 im Hybridmodul 42 realisiert, die Bremseinrichtung B₁ sowie die erste Kupplungseinrichtung C1 sind geöffnet, d. h. deaktiviert. Dabei erfolgt auch in diesem Funktionszustand die direkte Kopplung des Getriebeeingangs E mit der zweiten Welle 12 in Form des Steges 15 der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 des Hybridmoduls 42 und damit unter Umgehung der elektrischen Maschine 4. Die Übersetzung in der zweiten rein mechanischen Gangstufe wird über die Betätigung der Bremseinrichtung B₃ realisiert. Die anderen Kupplungs- und Bremseinrichtungen des mechanischen Getriebeteils 2 sind deaktiviert. Dies bedeutet, dass das Sonnenrad 35 der ersten Planetenradstufe 21 festgesetzt wird. Im dritten mechanischen Gang wird die Kupplungseinrichtung C3 betätigt und die Bremseinrichtung B₃ deaktiviert. Ferner sind keine weiteren Schaltelemente des mechanischen Getriebeteils 2 aktiviert, so dass der dritte mechanische Gang durch die drehfeste Kopplung der beiden Sonnenräder 35 und 38 der beiden Planetenradstufen 21 und 22 charakterisiert ist. Der Abtrieb erfolgt auch hier über den Steg. In den rein mechanischen Fahrstufen ist die elektrische Maschine 4 vorzugsweise deaktiviert oder wird generatorisch zur Einspeisung eines Leistungsanteils zum Zwecke der Speicherung oder Versorgung anderer Geräte, beispielsweise Nebenabtriebe betrieben.
Um die Leistung über die beiden Leistungszweige 17 und 18 zu übertragen, ist es erforderlich, die Kupplungseinrichtung C1 zu aktivieren. Dabei wird von der Antriebsmaschine am Getriebeeingang E Leistung bereitgestellt und zusätzlich Leistung von der in diesem Fahrzustand als Motor fungierenden elektrischen Maschine 4. Die beiden Leistungsanteile werden darin in der als Summiergetriebe fungierenden Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 zusammengeführt und über die zweite Welle 12 und deren Kopplung mit dem mechanischen Getriebeteil 2 auf diesen und zum Ausgang A übertragen. Dabei können unterschiedliche Gangstufen mit gleichzeitiger mechanischer und elektrischer Leistung unterschieden werden. Die Umschaltung zwischen einer Leistungsübertragung mit Leistungsbereitstellung am Getriebeeingang E und der elektrischen Maschine und Leistungsübertragung bzw. Bereitstellung nur elektrisch oder am Getriebeeingang E und umgekehrt wird ohne Zugkraftunterbrechung vorgenommen, indem beispielsweise während des Umschaltvorganges bis zum Schließen der entsprechenden Kupplungseinrichtungen, insbesondere der Kupplungseinrichtung C2 und der vollständigen Leistungsübertragung noch zusätzlich Leistung von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellt und eingespeist wird. Die beiden Kupplungseinrichtungen C1 und C2 sind dabei vorzugsweise einander überlappend im Eingriff. Denkbar ist es jedoch auch, diese bei Ausführung als synchronschaltbare Kupplungen, vorzugsweise in Form von Klauenkupplungen, nacheinander zu betätigen.
In den Gangstufen mit Leistungsbereitstellung am Getriebeeingang E durch eine Antriebsmaschine und zusätzlich durch die elektrische Maschine 4 ist die Kupplungseinrichtung K1 betätigt. Dabei können für die in der 1 dargestellte Getriebekonfiguration eine Vielzahl von Gangstufen mit parallelen Leistungszufuhr charakterisiert werden. Eine erste Gangstufe wird durch die Betätigung der Kupplungseinrichtung C1 und der der zweiten Planetenradstufe 22 zugeordneten Bremseinrichtung B₂₂ charakterisiert. Die im Getriebeeingang E über eine Antriebsmaschine vorliegende Leistung wird dabei zur mechanischen Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 des Hybridmoduls 42 übertragen und zusätzlich über die elektrische Maschine 4 Leistung eingespeist, die am Ausgang der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 zusammengeführt werden. Die zweite kombinierte mechanisch, elektrische Fahrstufe ist bei unveränderter Betätigung der Schaltelemente des Hybridmoduls 42 durch die Betätigung der Bremseinrichtung B₃ des mechanischen Getriebeteils 2 charakterisiert. Die anderen Schaltelemente sind deaktiviert, d. h. geöffnet. Die dritte Gangstufe wird durch die Betätigung der Kupplungseinrichtung C3 charakterisiert. Dabei kann je nach Ansteuerung der elektrischen Maschine 4 über dieses eine Stufenlosigkeit der übertragbaren Leistung realisiert werden. Ferner kann jede der möglichen Schaltkombinationen dahingehend genutzt werden, dass entweder die elektrische Maschine, welche mit dem Sonnenrad der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 der Anfahreinheit gekoppelt ist, als Generator betrieben werden kann, während im anderen Fall dieser als Elektromotor fungiert und zusätzlich Leistung einspeist.
Um rein elektrisch die Leistung übertragen zu können, wird im Hybridmodul 42 der Anfahreinheit 3 die Bremseinrichtung B₁ betätigt, während im mechanischen Getriebeteil das Schaltelement B₂₂ der zweiten Planetenradstufe 22 betätigt ist. Durch die Betätigung der Bremseinrichtung B₁ wird das Hohlrad der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung 5 der Anfahreinheit 3 festgestellt.
Mit der erfindungsgemäßen Getriebekonfiguration ist es dabei möglich, zum einen sowohl mechanisch als auch elektrisch als auch mechanisch-elektrisch anzufahren. Jede der möglichen Gangstufen, die durch Betätigung der Schaltelemente des mechanischen Getriebeteils charakterisiert sind, kann dabei entweder rein mechanisch, das heißt durch Leistungsbereitstellung am Getriebeeingang E durch eine Antriebsmaschine unter Umgehung des Hybridmoduls 42, rein elektrisch, das heißt Leistungsbereitstellung nur über die elektrische Maschine 4 bei entkoppelter Antriebsmaschine oder aber kombinierter Leistungsbereitstellung durch eine Antriebsmaschine und die elektrische Maschine erfolgen.
Durch die geeignete Ansteuerung der elektrischen Maschine kann auch der Anfahrvorgang mit Verbrennungskraftmaschine unterstützt werden, indem die elektrische Maschine 4 als Generator betrieben wird und ein Stützmoment erzeugt.
Ferner ist ein Retarder 44 vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise als hydrodynamischer Retarder ausgeführt. Gemäß 1 ist dieser zwischen Hybridmodul 42 und mechanischem Getriebeteil 2 in axialer Richtung betrachtet, angeordnet. Dieser fungiert dabei als Sekundärretarder. Andere Anordnungen sind denkbar.
Bezüglich der Ausführung des mechanischen Getriebeteils 2 bestehen keine Beschränkungen. 1 verdeutlicht lediglich eine besonders platzsparende Variante zur Realisierung eines Dreiganggetriebes, welches durch einen Gruppenschaltsatz und/oder verschiedene Abtriebskonfigurationen ergänzt werden kann.
Vorzugsweise sind Hybridmodul 42 und mechanisches Getriebeteil 2 als vorgefertigte Einheiten mit separaten Gehäusen 41.a, 41.b, die zu einem Gesamtgehäuse 41 bei Montage zusammengefasst werden, ausgeführt. Die Kopplung zwischen Hybridmodul 42 und mechanischem Getriebeteil 2 erfolgt vorzugsweise kraft- oder formschlüssig.

1: Getriebebaueinheit
2: mechanisches Getriebeteil
3: Anfahreinheit
4: als Generator betreibbare elektrische Maschine
5: mechanische Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
6: Spannungszwischenkreis
7: Mittel zur Beeinflussung
8: Verteilergetriebe
9: Dreiwellengetriebe
10: Planetenradgetriebe
11: erste Welle
12: zweite Welle
13: dritte Welle
14: Hohlrad
15: Steg
16: Sonnenrad
17: erster Leistungszweig
18: zweiter Leistungszweig
21: erste Planetenradstufe
22: zweite Planetenradstufe
23: erste Welle
24: erste Welle
25: zweite Welle
26: zweite Welle
27: dritte Welle
28: dritte Welle
29: erstes Getriebeelement
30: erstes Getriebeelement
31: zweites Getriebeelement
32: zweites Getriebeelement
33: drittes Getriebeelement
34: drittes Getriebeelement
35: Sonnenrad
36: Steg
37: Hohlrad
38: Sonnenrad
39: Steg
40: Hohlrad
41: Gehäuse
42: Hybridmodul
43: Energieversorgungseinheit
44: Retarder
B₁: Bremseinrichtung des Hybridmoduls
B₂₁: der Planetenradstufe 21 zugeordnete Bremseinrichtung
B₂₂: der Planetenradstufe 22 zugeordnete Bremseinrichtung
B₃: dem Sonnenrad der ersten Planetenradstufe zugeordnete
: Bremseinrichtung
C1: erste Kupplungseinrichtung
C2: zweite Kupplungseinrichtung
C3: dritte Kupplungseinrichtung

Claims

Getriebebaueinheit (1) mit mindestens einem Eingang (E) und einem Ausgang (A); mit einer Anfahreinheit (3) und einer mechanischen Getriebeteil (2); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die Anfahreinheit (3) ist als Hybridmodul (42) ausgeführt, umfassend eine als Generator und als Motor betreibbare elektrische Maschine (4) und eine Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung (5); die mechanische Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung (5) des Hybridmoduls (42) ist als Dreiwellengetriebe (9) ausgeführt, umfassend eine erste Welle (11), die mit dem Getriebeeingang (E) wenigstens mittelbar drehfest verbindbar ist, eine zweite Welle (12), welche wenigstens mittelbar mit dem Ausgang (A) der Getriebebaueinheit (1) und damit dem Eingang des mechanischen Getriebeteils (2) drehfest verbunden ist und zusätzlich wahlweise mit dem Eingang (E) der Getriebebaueinheit sowie eine dritte Welle (13), die mit der wenigstens als Generator betreibbaren elektrischen Maschine (4) drehfest verbunden ist; die als Generator und Motor betreibbare elektrische Maschine (4) ist als Hohlwellenmaschine ausgeführt und koaxial zur Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung (5) des Hybridmoduls (42) angeordnet.
Getriebebaueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Generator und als Motor betreibbare elektrische Maschine (4) in einer axialen Ebene mit der Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung (5) angeordnet ist.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Welle (11) des Planetengetriebes und dem Eingang (E) der Getriebebaueinheit (1) eine erste Kupplungseinrichtung (C1) angeordnet ist.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Welle (12) und dem Eingang (E) der Getriebebaueinheit (1) eine zweite Kupplungseinrichtung (C2) angeordnet ist.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindung von einer Welle (14) und Getriebeeingang (E) eine Bremseinrichtung (B₁) zugeordnet ist.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (C1, C2) und/oder Bremseinrichtung als formschlüssige oder kraftschlüssige Kupplungs- bzw. Bremseinrichtungen ausgeführt sind.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe (9) als Planetengetriebe (10) ausgeführt ist, wobei die erste Welle (11) vom Hohlrad (14), die zweite Welle (12) vom Steg (15) und die dritte Welle (13) vom Sonnerad (16) gebildet wird.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Drehzahl/Drehmomentwandlungseinrichtung (5) und die elektrische Maschine (4) in einem Gehäuse (41a) angeordnet sind.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Getriebeteil (2) wenigstens ein Dreiganggetriebe umfasst, umfassend ein erstes Planetengetriebe (21) und ein zweites dreiwelliges Planetengetriebe (22), die zu einem vierwelligen Planetengetriebe (20) zusammengefasst sind.
Getriebebaueinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Planetenradgetriebe (21, 22) ein Sonnenrad (35, 38), ein Hohlrad (37, 40) und einen Steg (36, 39) umfasst, wobei die Stege beider Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden sind.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul (42) und der mechanische Getriebeteil (2) jeweils ein eigenes Gehäuse (41a, 41b), aufweisen, welche beim Zusammenbau zum Gesamtgehäuse (41) verbunden werden.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Ausgangswelle des Hybridmoduls (41) und Eingangswelle des mechanischen Getriebeteils kraft- und/oder formschlüssig erfolgt.
Getriebebaueinheit (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (16) des Planetengetriebes (10) des Hybridmoduls integraler Bestandteil des mechanischen Getriebeteils (2) ist bzw. eine integrale Einheit mit der Eingangswelle des mechanischen Getriebeteils (2) bildet.