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Die Erfindung betrifft ein automatisiertes Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Automatisierte Schaltgetriebe werden zunehmend in Hybridantriebssträngen von Fahrzeugen mit verschiedenen Antriebsmöglichkeiten eingesetzt. Solche, als AMT-Hybrid bezeichnete Antriebe können im Straßenverkehr zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Ein Ziel der Entwicklung sind Hybrid-Antriebsstränge, die möglichst kompakt bauen, bei möglichst geringer Kompliziertheit sowie bei geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Als besonders vorteilhaft haben sich hinsichtlich ihres Wirkungsgrades, der Wirtschaftlichkeit und des Fahrkomforts so genannte parallele oder gemischte Hybridanordnungen mit einer im Kraftfluss im Wesentlichen parallelen Anordnung eines Verbrennungsmotors und eines Elektroantriebs erwiesen, da sie sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente der Antriebsquellen als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglichen.
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Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren bzw. ergänzen, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich, wodurch eine signifikante Reduzierung insbesondere der CO2- Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden kann. Um einen möglichst effektiven Betrieb des Hybridantriebs zu erreichen, werden Antriebsstrategien genutzt, die den Elektroantrieb situationsbedingt flexibel einsetzen, beispielsweise zum Anfahren, als alleinige Antriebsquelle im städtischen Kurzstreckenverkehr oder in einem Stop-and-Go-Betrieb, als zusätzliche Antriebsquelle bei erhöhten Leistungsanforderungen in einem Boostbetrieb, als Startergenerator zum schnellen Starten des Verbrennungsmotors sowie als Generator zur Stromerzeugung oder zur Energierückgewinnung in einem Rekuperationsbetrieb. Der Verbrennungsmotor soll hingegen zumindest überwiegend in verbrauchs-, drehmoment- und drehzahlgünstigen Betriebspunkten bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebes können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
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Als weitere Hybridantriebe sind Serienhybride zu erwähnen, bei denen ein Verbrennungsmotor als Antrieb für einen Generator dient, welcher eine elektrische Maschine mit elektrischer Energie speist, so dass der Verbrennungsmotor von den Antriebsrädern entkoppelt ist und daher ständig in einem einzigen, emissionsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann. Dabei ist allerdings der Wirkungsgrad des Antriebs aufgrund der mechanisch-elektrischen Mehrfachumwandlung eingeschränkt und die vielfältigen Steuerungsmöglichkeiten eines Parallelhybrides oder einer Mischform sind nicht gegeben.
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Der Elektroantrieb in einem solchen Antriebsstrang kann auf verschiedene Weise in den Kraftfluss integriert werden. In einer gängigen Bauweise ist eine Elektromaschine am Getriebeeingang angeordnet. Dabei wird zwischen einer Ein-Kupplungsanordnung (1K) und einer Zwei-Kupplungsanordnung (2K) unterschieden, oder sofern eine integrierte Startergenerator-Funktion (ISG) der Elektromaschine vorgesehen ist zwischen einer 1 K-ISG und einer 2K-ISG-An-ordnung differenziert.
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Bei einer 2K-ISG - Anordnung ist beispielsweise die Elektromaschine direkt auf einer Getriebeeingangswelle angeordnet bzw. der Rotor der Elektromaschine mit dieser Welle verbunden, welche über eine erste Kupplung, die als eine reibschlüssige oder gegebenenfalls als eine formschlüssige Trennkupplung ausgebildet sein kann, mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist. Die Elektromaschine ist über eine separate zweite Kupplung mit einem Schaltgetriebe koppelbar. Zwischen der zweiten Kupplung und dem Getriebe kann auch eine zusätzliche zweite elektrische Maschine angeordnet sein. Bei einer 1 K-ISG-Anordnung ist lediglich eine Kupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine vorgesehen. Eine zweite separate Kupplung entfällt oder deren Funktion wird gegebenenfalls von einer getriebeinternen Schaltkupplung übernommen.
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Anstelle einer direkten Anordnung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe kann die Elektromaschine auch über eine Getriebestufe oder ein Planetengetriebe mit dem Getriebeeingang antriebsverbunden sein. Dadurch kann die Elektromaschine insbesondere als ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) eingesetzt werden, wodurch eine herkömmliche Anfahrkupplung entfallen kann.
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Bei anderen Antriebssträngen ist der Elektroantrieb hingegen am Getriebeabtrieb oder bei Achshybriden direkt an einer Fahrzeugachse angeordnet. 1 K-ISG und 2K-ISG - Hybridkonzepte mit getriebeeingangsseitigen oder getriebeausgangsseitigen elektrischen Maschinen und Achshybride haben sich bereits in der Praxis bewährt. Allerdings haben Hybridantriebe, bei denen der Elektroantrieb am Getriebeeingang oder am Getriebeabtrieb permanent antriebsverbunden, d.h. in den Kraftfluss des Antriebsstrangs integriert ist, den Nachteil, dass unnötige Nulllastverluste über die Elektromaschine entstehen können. Zudem sind die Ansteuerungsmöglichkeiten, je nach Anordnung des Elektroantriebs sowie der Antriebsstrangkonfiguration unterschiedlich und begrenzt. Insbesondere erlauben Hybridkonzepte mit einem Elektroantrieb, der mit einem Getriebeeingang einer konventionellen Getriebestruktur antriebsverbunden ist, keine Zugkraftunterstützung während der Schaltung verbrennungsmotorisch angetriebener Gänge. Bei Hybridkonzepten mit einem Elektroantrieb, der mit einem Getriebeabtrieb oder einem direkten Achsantrieb antriebsverbunden ist, ist hingegen der Start des Verbrennungsmotors und das Betreiben der Elektromaschine im Fahrzeugstillstand sowie die Nutzung verschiedener Getriebeübersetzungen durch den Elektroantrieb nicht ohne Weiteres möglich.
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Demgegenüber werden Hybridanordnungen angestrebt, bei denen ein Elektroantrieb zumindest für einzelne Übersetzungsstufen vollständig vom Kraftfluss abgekoppelt bzw. wahlweise angekoppelt werden kann. Diese Hy-bridanordnungen haben grundsätzlich das Potenzial für eine größere Variabilität bei der Konzeption eines Radsatzes insbesondere für einen AMT-Hybrid, da konstruktive Einschränkungen aufgrund einer mechanischen Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Elektroantrieb zumindest vermindert werden können.
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Ein derartiges Getriebekonzept hat beispielsweise bei so genannten Plug-in Hybrid-Fahrzeugen oder bei so genannten mechanisch erweiterten Rangeextender-Elektrofahrzeugen verschiedene Vorteile. Rangeextender-Elektrofahrzeuge sind solche, bei denen der Elektroantrieb so ausgelegt ist, dass er zumindest für einen Kurzstreckenbetrieb, beispielsweise im Stadtverkehr, alleine genügend Fahrleistung zur Verfügung stellt. Insbesondere können solche Getriebekonzepte die allen herkömmlichen handgeschalteten oder automatisiert geschalteten Schaltgetrieben immanenten unkomfortablen Zugkraftunterbrechungen bei Schaltvorgängen vermeiden. Dazu ist bei verbrennungsmotorischen Schaltvorgängen, d.h. bei Gangwechseln während der der Verbrennungsmotor die Antriebsquelle des Fahrzeuges ist, eine weitgehende Aufrechterhaltung der Zugkraft mit Hilfe des Elektroantriebs möglich. Umgekehrt kann die Zugkraft bei einem Gangwechsel des Elektroantriebs mit Hilfe des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden, sofern der Verbrennungsmotor aktuell nicht abgeschaltet ist.
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Außerdem sind die Schaltpunkte bei elektrischen Schaltungen aufgrund des im Vergleich zum Verbrennungsmotor meist zur Verfügung stehenden größeren Drehzahlbandes bei gutem Wirkungsgrad grundsätzlich sehr variabel wählbar. Die erzielbaren Schaltzeiten erlauben die Verwendung einer relativ kostengünstigen Schaltaktuatorik. Schaltvorgänge können durch den Verbrennungsmotor über eine gegebenenfalls zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang wirksame Reibungskupplung synchronisiert werden, so dass zumindest teilweise Synchronisierungen durch kostengünstigere Klauenkupplungen ersetzt werden können. Andererseits kann eine gegebenenfalls vorhandene Anfahrkupplung geschont werden, indem die Elektromaschine als Anfahrelement dient. Da eine Elektromaschine grundsätzlich in beiden Drehrichtungen angesteuert werden kann, ist durch eine Drehrichtungsumkehr ein Verzicht auf einen separaten Rückwärtsgangradsatz möglich. Zudem können die Stufensprünge der verbrennungsmotorischen Gänge in einem solchen Hy-bridsystem vergleichsweise groß gewählt werden, wodurch für die Realisierung einer vorgegebenen Gesamtspreizung eine relativ geringe Anzahl von Gängen genügt. Dadurch können Kosten, Bauraum und Gewicht eingespart werden.
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Die
WO 2008/138387 A1 zeigt einen solchen AMT-Hybrid mit verbrennungsmotorisch angetriebenen Gängen und elektromotorisch angetriebenen Gängen. Zugkraftunterbrechungsfreie Schaltvorgänge sowie eine Funktionsvielfalt des Elektroantriebs werden bei dem bekannten Hybridantriebssystem mit Hilfe zweier Teilgetriebe realisiert. Die Getriebestruktur umfasst im Wesentlichen in achsparalleler Anordnung zwei Teilantriebsstränge mit jeweils einer Antriebswelle sowie einen dazwischen angeordneten Abtriebsstrang mit einer Abtriebswelle. Dabei sind in mehreren Radsatzebenen auf den Wellen je Ebene zwei Losräder, denen jeweils eine Gangkupplung zugeordnet ist, und ein Festrad angeordnet. Die Teilantriebsstränge bilden zusammen mit dem Abtriebsstrang jeweils ein Teilgetriebe mit Gangschaltzahnradpaaren, wobei das jeweilige auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnrad zum einen mit einem Zahnrad auf der ersten Antriebswelle und zum anderen mit einem Zahnrad auf der zweiten Antriebswelle kämmt, also wahlweise, je nach geschalteter Gangkupplung, an einer Übersetzung des ersten Teilgetriebes oder des zweiten Teilgetriebes partizipiert. Das erste Teilgetriebe ist über eine Reibungskupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar, das zweite Teilgetriebe ist mit einer Elektromaschine permanent antriebsverbunden. Ein Wechsel der Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Antriebswelle mit der Abtriebswelle erfolgt durch Schalten von Gangschaltzahnradpaaren, wobei einige der Gänge durch Schalten eines einzelnen Zahnradpaares im Kraftfluss von einer der Antriebswellen auf die Abtriebswelle und andere Gänge durch Hintereinanderschalten zweier oder mehr Zahnradpaare im Wechsel von der einen Antriebswelle über die andere Antriebswelle auf die Abtriebswelle realisierbar sind. Bestimmte Gänge winden sich somit im Kraftfluss über beide Teilgetriebe, was einerseits einen Bauraum- und einen Kostenvorteil hat, da zur Realisierung einer bestimmten Gangzahl gegenüber herkömmlichen Getriebestrukturen gegebenenfalls weniger Zahnradpaare bzw. Radsatzebenen erforderlich sind, andererseits aber einen Wirkungsgradnachteil aufgrund des über mehrerer Zahnradpaare gewundenen Kraftflusses hat.
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Weiterhin bekannt sind als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildete automatisierte Schaltgetriebe. Bei einem solchen Getriebe sind zwei antriebsseitig angeordnete Kupplungen jeweils über eine Getriebeeingangswelle mit den ungeraden bzw. den geraden Gängen verbunden. Die beiden Kupplungen sind beispielsweise in einer Doppelkupplungseinheit verschachtelt aufgebaut, wobei die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander angeordnet sind. Die eine Getriebeeingangswelle ist dabei als eine äußere kürzere Hohlwelle ausgebildet, in der die andere Getriebeeingangswelle als eine längere innere Vollwelle drehbar gelagert ist. Die Schaltvorgänge erfolgen sequenziell, wobei der jeweils nächste Gang vorgewählt ist, so dass gleichzeitig zwei Gänge eingelegt sind und durch ein überlagertes Öffnen und Schlie-ßen der beiden Kupplungen der Gangwechsel weitgehend zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt.
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Die
DE 101 33 695 A1 zeigt eine Kombination eines Doppelkupplungsgetriebes mit einem Elektroantrieb. Dieser Doppelkupplungs-AMT-Hybrid weist zwei Eingangswellen und zwei eingangsseitige Kupplungen, beispielsweise in einer Doppelkupplung, auf. Die beiden Eingangswellen bilden mit darauf angeordneten Los- und Festrädern sowie zugeordneten Schaltvorrichtungen jeweils ein Teilgetriebe. Die beiden Teilgetriebe sind entweder achsparallel mit jeweils einer Ausgangswelle oder einem achsparallelen Abtrieb ausgebildet, oder sie sind ineinander verschachtelt angeordnet, wobei die beiden Eingangswellen in üblicher Doppelkupplungsbauweise koaxial zueinander und eine Ausgangswelle axial dahinter angeordnet ist. Eine Elektromaschine greift an einem der beiden Teilgetriebe an. Diese Elektromaschine kann getriebeausgangsseitig, d.h. an dem einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, gegenüberliegenden Ende einer Getriebeeingangswelle angeordnet sein, wobei die Getriebeeingangswelle über die zugehörige eingangsseitige Kupplung mit einer Antriebswelle der Antriebseinheit wirkverbindbar ist. Insbesondere kann die Elektromaschine drehbar auf einer Getriebeausgangswelle angeordnet sein und mit einer der Getriebeeingangswellen über eine Zahnradstufe wirkverbunden sein. Die Elektromaschine kann alternativ dazu auch achsparallel zu einer der Getriebeeingangswellen angeordnet und über einen Zugmitteltrieb oder eine Zahnradstufe mit einer der Getriebeeingangswelle wirkverbunden sein.
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Soll ein hybrid-geeignetes Getriebe in einen Stadtbus oder ein vergleichbares Nutzfahrzeug eingebaut werden, so sind die besonderen Bauraumverhältnisse und Leistungsanforderungen solcher Fahrzeuge zu berücksichtigen. Meistens ist die verfügbare axiale Baulänge eher begrenzt, während eine relativ große radiale Ausdehnung möglich ist. Dies führt zu unter der Bezeichnung „kurz und dick“ bekannten Getriebekonzepten. Da diese Fahrzeuge in der Regel sich ständig wiederholenden Anfahrvorgängen, Beschleunigungs- und Haltephasen und damit verbundenen häufigen Schaltvorgängen unterliegen, ist ein effizienter und komfortabler Betrieb in diesen Situationen notwendig. Besonders zweckmäßig und wirtschaftlich wäre ein darauf abgestimmter Getriebe-Radsatz, der je nach Anwenderwunsch möglichst kostengünstig sowohl in ein Hybrid-Antriebsstrangkonzept als auch in ein Antriebsstrangkonzept mit einem Doppelkupplungsgetriebe implementierbar ist.
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Ein stadtbusgeeigneter AMT-Hybrid-Antriebsstrang ist aus der
DE 10 2006 059 591 A1 bekannt. Darin ist eine Anordnung mit einer ersten Getriebeeingangswelle, einer koaxial über dieser angeordneten zweiten Getriebeeingangswelle sowie mit einer dazu koaxial benachbarten Getriebeausgangwelle und mit zwei achsparallelen Vorgelegewellen dargestellt. Die Vorgelegewellen stehen jeweils über eine Eingangskonstante mit einer der beiden Eingangswellen in Triebverbindung. Die Gangradsätze des Schaltgetriebes sind in wechselweiser Zuordnung jeweils an der einen Vorgelegewelle und der Ausgangswelle sowie an der anderen Vorgelegewelle und der Ausgangswelle angeordnet. Die erste Eingangswelle ist über eine Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar. Koaxial über der ersten Eingangswelle sind eine Elektromaschine und ein Planetengetriebe angeordnet, dessen Sonnenrad drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist. Das Hohlrad ist drehfest mit der ersten Eingangswelle verbunden und der Planetenträger ist drehfest mit der zweiten Eingangswelle verbunden. Die Elektromaschine ist somit über das Planetengetriebe und eine Eingangskonstante mittelbar an die zugehörige Vorgelegewelle angebunden.
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Die Ankopplung der Elektromaschine über das Planetengetriebe an den Antriebsstrang mit einer hohen Gesamtübersetzung gegenüber der Ausgangswelle ermöglicht insbesondere komfortable situationsangepasste und an die Anfahrlast angepasste elektromotorische oder elektromotorisch unterstützte Anfahrvorgänge. Weiterhin dient die Elektromaschine als ein Lastschaltelement für weitgehend zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel, indem mit Hilfe einer Momentenabstützung am Abtrieb Gänge lastfrei ein- und ausgelegt werden können, ohne den Antriebsstrang vollständig zu öffnen.
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Ein Radsatz des aus der
DE 10 2006 059 591 A1 bekannten Getriebes weist beispielsweise fünf Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang auf, wobei die Gangradsätze jeweils ein Festrad auf der Ausgangswelle und ein Losrad auf der zugeordneten Vorgelegewelle besitzen. Zugehörige Gangkupplungen bilden paarweise Schaltpakete. Aufgrund einer wechselweisen Zuordnung mit einem gemeinsamen Festrad können sich zumindest zwei Gangradsätze in derselben Axialposition befinden, so dass sich insgesamt eine axial kompakte Bauform ergibt. Allerdings ist die Ankopplung der Elektromaschine über ein Differenzialgetriebe relativ aufwendig. Da die eine Getriebeeingangswelle permanent das Hohlrad und die andere Getriebeeingangswelle permanent den Planetenträger mitdrehen, ergeben sich zudem Einschränkungen in der Flexibilität des Einsatzes und des Wirkungsgrades des Elektroantriebs gegenüber der eingangs erwähnten Möglichkeit einer vollständigen Abkopplung und einer freien Ansteuerung.
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Aus der
DE 199 60 621 A1 ist ein ähnlicher Hybridantrieb mit koaxialem Antrieb und Abtrieb sowie zwei Vorgelegewellen bekannt, bei dem die Elektromaschine jedoch nicht über ein Planetengetriebe sondern direkt über eine Eingangskonstante an eine zugehörige Vorgelegewelle angebunden ist. Dieser Antrieb besitzt ein erstes Teilgetriebe mit sechs Gangstufen in sechs Radsatzebenen, welches wahlweise mit einem Verbrennungsmotor und/oder einer elektrischen Maschine koppelbar ist, und ein zweites Teilgetriebe mit drei Gangstufen, welches mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist. Nachteilig daran ist die relativ große axiale Baulänge, da zur Realisierung der Gänge relativ viele Radsatzebenen und Schaltkupplungen angeordnet sind. Für einen darin nicht enthaltenen Rückwärtsgang müsste der Radsatz um eine weitere Radsatzebene erweitert werden.
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Ferner offenbart
DE 10 2005 045 005 A1 ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei parallel versetzt angeordneten Vorgelegewellen, welche in zwei Zahnradebenen, die im Leistungsfluss desselben Vorwärtsganges liegen, gleichartig ausgestaltete Verzahnungen aufweisen, wobei sämtliche Vorwärtsgänge sequentiell lastschaltbar ausgeführt sind.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein automatisiertes Schaltgetriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches in einem Hybrid-Antriebsstrang mit verbrennungsmotorischem und/oder elektromotorischem Antrieb genutzt werden kann. Dieses automatisierte Schaltgetriebe soll zudem eine vergleichsweise geringe axiale Baulänge aufweist, eine hohe Funktionsvielfalt sowie einen effizienten und komfortablen Betrieb ermöglichen und im Konstruktions- sowie Herstellaufwand günstig sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine unmittelbare Anordnung von zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Vorgelege-Teilgetrieben über Eingangskonstanten an zwei koaxiale Eingangswellen, mit einem koaxialem An- und Abtrieb, in Kombination mit einer bedarfsweise implementierbaren Kopplungsmöglichkeit der Eingangswellen sowie überwiegend für mehrere Gänge gemeinsam nutzbaren Gangradsätzen, sowie der Möglichkeit einer implementierbaren Direktgangschaltung, eine kurz bauende Getriebestruktur eines automatisierten Schaltgetriebes für flexible Antriebsmöglichkeiten realisierbar ist.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem automatisierten Schaltgetriebe, beispielsweise für einen Stadtbus, mit einer für einen Hybridantrieb konzipierten Getriebestruktur, mit einer ersten Getriebeeingangswelle, die über ein erstes Anfahrelement mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle, der eine Elektromaschine zugeordnet ist, mit zwei Vorgelegewellen und mit einer Getriebeausgangswelle, bei dem in mehreren Radsatzebenen Zahnräder angeordnet sind, die als Festräder oder Losräder auf den Wellen drehfest angeordnet oder über Schaltvorrichtungen drehfest mit den Wellen verbindbar sind, wobei die zweite Getriebeeingangswelle koaxial über der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, die Getriebeausgangswelle koaxial hinter den Getriebeeingangswellen angeordnet ist, und die beiden Vorgelegewellen achsparallel zueinander und achsparallel zu der Getriebeausgangswelle angeordnet sind.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass vier oder fünf Radsatzebenen einen Radsatz zur Darstellung von zumindest sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang bilden, bei dem auf den Vorgelegewellen jeweils zwei doppelseitig betätigbare Schaltvorrichtungen angeordnet sind, die Vorgelegewellen und die Getriebeausgangswelle mit wechselweise oder einzeln zugeordneten Gangschaltzahnradpaaren jeweils ein Teilgetriebe bilden, die Vorgelegewellen jeweils über eine als eine Eingangskonstante ausgebildete eingangsseitige erste und zweite Radsatzebene mit einer Getriebeeingangswelle triebverbunden sind, und die erste Getriebeeingangswelle eine unmittelbare drehfeste Verbindung zwischen einem Festrad der zweiten Radsatzebene und dem ersten Anfahrelement bildet und die zweite Getriebeeingangswelle eine unmittelbare drehfeste Verbindung zwischen einem Festrad der ersten Radsatzebene sowie einer Elektromaschine bildet.
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Durch diese Anordnung wird ein Getriebe-Radsatz zur Verfügung gestellt, der das konstruktive Aufbauprinzip „kurz und dick“, insbesondere zum Einbau in Stadtbusse oder dergleichen, erfüllt.
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Zur Bildung eines erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsstranges ist die zweite Getriebeeingangswelle drehfest mit einem Rotor einer Elektromaschine verbunden oder treibt diese auf andere Weise an. Zwischen den Radsatzebenen eins und zwei, welche die Eingangskonstanten bilden, und den Radsätzen vier bis sieben bzw. acht, welche den Radsatz zur Darstellung von Übersetzungsstufen bilden, ist bei dem Hybridantrieb vorteilhaft eine dritte Radsatzebene mit einem Losrad auf der ersten Getriebeeingangswelle und einem Festrad auf der der Elektromaschine zugeordneten Vorgelegewelle angeordnet. Dieses Losrad ist über eine dem genannten Radsatz axial vorgelagerte erste Schaltvorrichtung mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar. Dadurch ist eine Kopplungsverbindung der beiden Getriebeeingangswellen bzw. der beiden Vorgelegewellen und damit des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine herstellbar, so dass wahlweise elektrische und/oder verbrennungsmotorische Leistungsflüsse im Getriebe schaltbar sind oder der Verbrennungsmotor über die Elektromaschine startbar ist oder die Elektromaschine als ein Generator betreibbar ist. Da die Elektromaschine über ein separates Zahnradpaar als Eingangskonstante an ihre Vorgelegewelle angebunden ist, kann die Übersetzung der schaltbaren Kopplung der Elektromaschine zum Verbrennungsmotor über eine geeignete Wahl dieser Eingangskonstante vorab frei eingestellt werden.
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Vorzugsweise ist die erste Schaltvorrichtung doppelseitig betätigbar, so dass einerseits die beschriebene Kopplung der beiden Getriebeeingangswellen, andererseits eine Direktverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und der koaxial zu der ersten Getriebeeingangswelle benachbarten Getriebeausgangswelle herstellbar ist, um zusätzlichen einen Direktgang schalten zu können. Da der Direktgang nicht über die Zahnradpaare verzweigt, besitzt er einen höheren Wirkungsgrad. Der Direktgang kann, muss jedoch nicht, der höchste Gang des Getriebes sein, beispielsweise können ein oder zwei Schnellgänge vorgesehen sein. Grundsätzlich ist bei Verzicht auf einen Direktgang auch eine einseitige Ausbildung dieser Schaltvorrichtung möglich und ausreichend.
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Der Radsatz nutzt zumindest überwiegend Gangschaltzahnradpaare des einen und des anderen Teilgetriebes in wechselweiser Zuordnung des zugehörigen Festrades auf der Getriebeausgangswelle. Der Radsatz kann beispielsweise vier Radsatzebenen besitzen, so dass insgesamt acht Vorwärtsgänge, d.h. sieben übersetzte Vorwärtsgänge und gegebenenfalls ein Direktgang, sowie einem Rückwärtsgang möglich ist, wobei, abgesehen von dem Direktgang, alle Gänge einschließlich des Rückwärtsganges wechselweise jeweils ein Festrad auf der Getriebeausgangswelle zur Darstellung eines Ganges in dem einen Teilgetriebe und eines Ganges in dem anderen Teilgetriebe nutzen. Das Festrad der eingangsseitigen ersten Radsatzebene des Radsatzes ist sogar dreifach nutzbar, da an ihm direkt ein Schaltelementbauteil befestigt sein kann, dass zur Herstellung einer drehfesten Direktverbindung zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle beim Schalten des Direktganges dient.
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Eine beispielhafte Gangfolge dieses Radsatzes besteht aus verbrennungsmotorisch angetriebenen und elektrisch angetrieben Gängen, gegebenenfalls auch kombiniert elektromotorisch-verbrennungsmotorisch gekoppelt angetriebenen Gängen, wobei zumindest bei den verbrennungsmotorischen Gängen der Kraftfluss zum Abtrieb jeweils nur über ein Gangschaltzahnradpaar, also nicht über beide Vorgelegewellen gewunden, verläuft, was sich günstig auf den Wirkungsgrad des Getriebes auswirkt.
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Eine geeignete Wahl der Gangfolge ermöglicht ein Auffüllen bzw. ein Erhalten der Zugkraft beim Gangwechsel durch ein jeweiliges Ansteuern und Betreiben der Elektromaschine einerseits, oder durch ein jeweiliges Ansteuern und Betreiben des Verbrennungsmotors und des ersten Anfahrelementes andererseits, erforderlichenfalls mit einer Betätigung einer oder mehrerer Schaltvorrichtungen unter Berücksichtigung einer aktuellen Schaltstellung einer oder mehrerer Schaltvorrichtungen.
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An einer ausgangsseitigen Radsatzebene ist der Rückwärtsgang vorgesehen. Beispielsweise kann die siebte Radsatzebene ein Zwischenrad besitzen, welches dem Teilgetriebe des Elektroantriebes zugeordnet ist, so dass ein Festrad auf der Ausgangswelle und ein zugeordnetes Losrad auf der Vorgelegewelle des Elektroantriebs ein Gangschaltzahnradpaar bilden, dessen Drehrichtung durch das Zwischenrad zur Darstellung des Rückwärtsganges umgekehrt wird. Das Festrad bildet gleichzeitig zusammen mit einem Losrad auf der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Vorgelegewelle ein Gangschaltzahnradpaar zur Darstellung eines Vorwärtsganges, beispielsweise eines ersten Ganges.
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Es kann jedoch auch eine zusätzliche achte Radsatzebene nachgeordnet sein, die den Rückwärtsgang bildet. In diesem Fall ist ein Zwischenrad der achten Radsatzebene beispielsweise dem Teilgetriebe des Verbrennungsmotors zugeordnet. Die siebte und die achte Radsatzebene besitzen dann jeweils ein einzeln genutztes Gangschaltzahnradpaar ohne eine wechselseitige Zuordnung des betreffenden Festrades.
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Zumindest die der Elektromaschine zugeordneten Schaltvorrichtungen können als kostengünstige Klauenkupplungen ausgebildet sein. Die Synchronisation der Drehzahlen der zu schaltenden Elemente kann mittels der Elektromaschine erfolgen. Die übrigen Schaltvorrichten können als Synchronisierungen ausgebildet sein. Zur weiteren Vereinfachung und Kostenreduzierung ist es grundsätzlich auch möglich, für sämtliche Schaltvorrichtungen Klauenkupplungen zu verwenden. Die Synchronisation der verbrennungsmotorgetriebenen Schaltelemente kann dann über eine Drehzahlregulierung des Verbrennungsmotors und/oder eine Schlupfregelung des vorzugsweise als eine Reibungskupplung ausgebildeten Anfahrelements erfolgen. Außerdem kann an der Getriebeeingangswelle des Verbrennungsmotors oder deren zugeordneter Vorgelegewelle zur Drehzahlabsenkung des Verbrennungsmotorstrangs bei Hochschaltvorgängen eine Getriebebremse als eine zusätzliche Synchronisationshilfe angeordnet sein.
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Die Gänge des Radsatzes können grundsätzlich frei auf die beiden Teilgetriebe verteilt sein. Insbesondere kann auf dem einen Teilgetriebe eine Gruppe mit geraden Gängen und auf dem anderen Teilgetriebe eine Gruppe mit ungeraden Gängen angeordnet sein, wobei eine separate Rückwärtsgangebene wahlweise dem einen oder dem andern Teilgetriebe zugeordnet sein kann. Dies ermöglicht eine sequenzielle Gangfolge mit einem alternierenden Teilgetriebekraftschluss, wie sie bei Doppelkupplungsgetrieben mit zugkraftunterbrechungsfreien Gangwechseln üblich ist.
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Demnach kann bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anstelle eines Hybridantriebs mit einer Elektromaschine ein relativ einfacher Doppelkupplungsantrieb über den Verbrennungsmotor vorgesehen sein, wobei das erste Anfahrelement mit einem zweiten Anfahrelement eine Doppelkupplung bildet, mit einem gemeinsamen eingangsseitigen Kupplungskorb, welcher mit einer Antriebswelle des Verbrennungsmotors drehfest verbunden ist, mit einem ersten Ausgangsteil, welches mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist und mit einem zweiten Ausgangsteil, welches mit der zweiten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden ist, wobei der einen der beiden Getriebeeingangswellen ein Teilgetriebe mit einer Gruppe gerader Gänge und der anderen der beiden Getriebeeingangswellen ein Teilgetriebe mit einer Gruppe ungerader Gänge zugeordnet ist, und bei dem ein Rückwärtsgang dem einen oder dem anderen Teilgetriebe zugeordnet ist.
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Beim Gangwechsel kann dann in üblicher Weise die Zugkraft durch ein überschneidendes Öffnen und Schließen der beiden Kupplungen des auszulegenden Ursprungsganges in dem einen Teilgetriebe und des in dem anderen Teilgetriebe bereits eingelegten vorgewählten Zielganges aufrecht erhalten werden.
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Da bei dieser Nutzung des erfindungsgemäßen Getriebes als Doppelkupplungsgetriebe eine Kopplung der beiden Kupplungen nicht vorgesehen ist, kann die dritte Radsatzebene zwischen den Eingangskonstanten und den Gangebenen entfallen. Das vorgelagerte Schaltelement kann einseitig zur Schaltung des Direktganges ausgebildet sein. Bei einem Verzicht auf einen Direktgang kann diese Schaltvorrichtung ebenfalls vollständig entfallen. Insgesamt ergibt sich dadurch ein sehr kurz bauendes, einfach und kostengünstig aufgebautes Doppelkupplungsgetriebe mit sieben bzw. acht Gängen.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind der Beschreibung Zeichnungen von Ausführungsbeispielen beigefügt. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Getriebestruktur eines automatisierten Schaltgetriebes in einem Hybrid-Antriebsstrang, mit zwei Getriebeeingangswellen und einer Getriebeausgangswelle in einer koaxialen Anordnung, mit zwei achsparallelen Vorgelegewellen, mit einem achtgängigen Radsatz sowie mit einer zugehörigen beispielhaften Gangtabelle,
- 2 eine zweite erfindungsgemäße Getriebestruktur in einem Hybrid-Antriebsstrang, ähnlich der in 1, mit einem anderen achtgängigen Radsatz sowie einer zugehörigen beispielhaften Gangtabelle,
- 3 eine dritte nicht erfindungsgemäße Getriebestruktur mit dem Radsatz des Getriebes der 2, jedoch mit einer Doppelkupplungsanbindung und eine zugehörige beispielhafte Gangtabelle,
- 4 eine vierte erfindungsgemäße Getriebestruktur mit einem Radsatz ohne Direktgang in einem Hybrid-Antriebsstrang, sowie mit einer zugehörigen beispielhaften Gangtabelle,
- 5 eine fünfte nicht erfindungsgemäße Getriebestruktur mit dem Radsatz des Getriebes der 4, jedoch mit einer Doppelkupplungsanbindung und eine zugehörige beispielhafte Gangtabelle.
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Zur Vereinfachung sind in den Figuren für vergleichbare Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet. Demnach weist eine erste erfindungsgemäße Getriebestruktur 1a in 1 zwei Getriebeeingangswellen W1 und W5, eine Getriebeausgangswelle W2 und zwei Vorgelegewellen W3 und W4 auf. Die Getriebeeingangswellen W1, W5 sind koaxial übereinander angeordnet, die Getriebeausgangwelle W2 koaxial dahinter und die beiden Vorgelegewellen W3, W4 achsparallel zu beiden Seiten positioniert. Die erste Getriebeeingangswelle W1 ist über ein Anfahrelement K1, beispielsweise eine Reibungskupplung, mit einer Antriebswelle 2 eines Verbrennungsmotors VM verbindbar. Die zweite Getriebeeingangswelle W5 ist an ihrem dem Verbrennungsmotor VM zugewandten Ende mit einem Rotor 3 einer Elektromaschine EM drehfest verbunden. Ein dem Rotor 3 benachbarter Stator 4 der Elektromaschine EM ist ortsfest, beispielsweise an einem Getriebegehäuse, angeordnet. An ihrem anderen Ende ist die Welle W5 mit einem Zahnrad z21 einer ersten als eine erste Eingangskonstante ausgebildeten Radsatzebene Z1 verbunden. Das Zahnrad z21 steht im Eingriff mit einem drehfest auf der ersten Vorgelegewelle W3 angeordneten Zahnrad z11. Die erste, radial innere Getriebeeingangswelle W1 tritt getriebeseitig aus der zweiten, äußeren Getriebeeingangswelle W5 heraus. Auf ihr ist ein Zahnrad z22 einer als eine zweite Eingangskonstante ausgebildeten zweiten Radsatzebene Z2 angeordnet, das mit einem zugehörigen Zahnrad z32, welches drehfest mit der anderen Vorgelegewelle W4 verbunden ist, im Zahneingriff steht.
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Dazu benachbart ist eine als eine Kopplungskonstante ausgebildete dritte Radsatzebene Z3 angeordnet. Diese besitzt ein auf der Getriebeeingangswelle W1 drehbar angeordnetes Zahnrad z23, welches im Eingriff mit einem auf der Vorgelegewelle W3 drehfest angeordnetem Zahnrad z13 steht. Das Losrad z23 ist über eine auf der ersten Getriebeeingangswelle W1 angeordnete, als eine doppelseitige Synchronisierung ausgebildete erste Schaltvorrichtung S1 in einer ersten Schaltstellung „li“=links, zur Herstellung einer Kopplung der beiden Getriebeeingangswellen W1, W5 bzw. der Elektromaschine EM mit dem Verbrennungsmotor VM über die erste Eingangskonstante Z1 drehfest mit seiner Welle W1 verbindbar. Die sich daraus ergebende Übersetzung i_EM_VM zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der Elektromaschine EM bei deren Kopplung ist somit durch die Eingangskonstante Z1 und die Kopplungskonstante Z3 festgelegt.
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Eine zweite Schaltstellung „re“=rechts der Schaltvorrichtung S1 dient zur Herstellung einer direkten Verbindung zwischen der vom Verbrennungsmotor VM antreibbaren Getriebeeingangswelle W1 und der Getriebeausgangswelle W2. In dieser Schaltstellung ist ein mit dem antriebsseitigen Ende der Ausgangswelle W2 drehfest verbundenes Zahnrad z24 einer vierten Radsatzebene Z4 kraftschlüssig mit der Eingangswelle W1 gekoppelt.
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Die vierte Radsatzebene Z4 bildet zusammen mit drei weiteren Radsatzebenen Z5, Z6, Z7 einen Radsatz RS1 zur Schaltung von Getriebeübersetzungen.
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Das Festrad z24 bildet mit einem auf der ersten Vorgelegewelle W3 angeordneten Losrad z14 einerseits und mit einem auf der zweiten Vorgelegewelle W4 angeordneten Losrad z34 andererseits jeweils ein Gangschaltzahnradpaar z14/z24 bzw. z34/z24 mit wechselseitiger Nutzbarkeit. Die fünfte Radsatzebene Z5 umfasst ein Festrad z25 auf der Ausgangswelle W2, welches wechselseitig mit einem Losrad z15 auf der ersten Vorgelegewelle W3 und einem Losrad z35 auf der zweiten Vorgelegewelle W4 jeweils ein Gangschaltzahnradpaar z15/z25 bzw. z35/z25 bildet. Die Losräder z14, z34, z15, z35 der vierten und der fünften Radsatzebene Z4, Z5 sind über eine als eine doppelseitige unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete zweite Schaltvorrichtung S2 der ersten Vorgelegewelle W3 bzw. eine als eine doppelseitige Synchronisierung ausgebildete vierte Schaltvorrichtung S4 der zweiten Vorgelegewelle W4 mit ihren Wellen W3 bzw. W4 zur Schaltung von Gängen drehfest verbindbar.
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Der Aufbau der vierten und der fünften Radsatzebenen Z4, Z5 wiederholt sich in der sechsten und siebten Radsatzebene Z6 und Z7. Die sechste Radsatzebene Z6 umfasst ein Festrad z26 auf der Ausgangswelle W2, welches mit einem Losrad z16 auf der ersten Vorgelegewelle W3 und einem Losrad z36 auf der zweiten Vorgelegewelle W4 jeweils ein Gangschaltzahnradpaar z16/z26 bzw. z36/z26 bildet. Die siebte Radsatzebene Z7 besitzt ein Festrad z27 auf der Ausgangswelle W2, welches zum einen mit einem Losrad z37 auf der zweiten Vorgelegewelle W4 ein Gangschaltzahnradpaar z27/z37 bildet. Zum anderen kämmt das Festrad z27 zur Drehrichtungsumkehr für einen Rückwärtsgang RG mit einem drehbar angeordneten Zwischenrad zR7, welches mit einem Losrad z17 auf der ersten Vorgelegewelle W3 im Eingriff ist. Zur Schaltung der Losräder z16, z36, z17, z37 dieser beiden Ebenen Z6, Z7 ist wiederum eine Klauenschaltvorrichtung S3 auf der ersten Vorgelegewelle W3 und eine Synchronisierungsschaltvorrichtung S5 auf der zweiten Vorgelegewelle W4 angeordnet.
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Die Synchronisation der ersten Vorgelegewelle W3 bzw. der Klauenkupplungen S2, S3 beim Gangwechsel kann elektronisch gesteuert über die Elektromaschine EM erfolgen. Die Synchronisierung der zweiten Vorgelegewelle W4 kann mechanisch über die jeweilige Synchronkupplung S4, S5 erfolgen.
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Die beiden Vorgelegewellen W3, W4 bilden mit ihrem eigenen Antrieb Verbrennungsmotor EM bzw. Elektromaschine VM in Zusammenwirkung mit der wechselseitigen Zuordnung der Gangschaltzahnradpaare des Radsatzes RS1 jeweils ein Teilgetriebe T1 bzw. T2. Durch Kopplung der Getriebeeingangswellen W1, W5 sind darüber hinaus auch über beide Vorgelegewellen W3, W4 gewundene Leistungsflüsse möglich. Über das Anfahrelement K1 ist bei geschalteter Eingangswellenkopplung mittels der Synchronkupplung S1 eine Antriebskopplung des Verbrennungsmotors VM und der Elektromaschine EM bzw. ein Start des Verbrennungsmotors VM durch die Elektromaschine EM möglich. Es sind somit verbrennungsmotorische und/oder elektrische Leistungsflüsse über beide Teilgetriebe leitbar.
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Die in 1 gezeigte zugehörige Gangtabelle der Getriebestruktur 1a zeigt eine mit dem Radsatz RS1 mögliche Gangfolge mit insgesamt acht Vorwärtsgängen 1G bis 8G und einem Rückwärtsgang RG. Die einzelnen Gänge sind zusätzlich an dem Radsatz RS1 markiert. In der ersten Spalte der Gangtabelle sind vom Verbrennungsmotor VM ausgehend die einzelnen Gänge, in der zweiten Spalte beispielhaft zugehörige verbrennungsmotorisch betriebene Übersetzungen iVM und in der dritten Spalte daraus resultierende Gangsprünge kVM aufgelistet.
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Demnach sind fünf Normalgänge, ein Direktgang und zwei Schnellgänge vorgesehen. Zusätzlich ist eine resultierende Gesamtspreizung i_ges= 11,4 des Getriebes und eine Elektromotor-Verbrennungsmotor-Kopplungsübersetzung im Getriebeneutral i_EM_VM=1,51 angegeben.
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Die Spalten vier bis acht zeigen die jeweiligen Schaltpositionen der Schaltvorrichtungen S1 bis S5 bei den verschiedenen Gängen, gefolgt von einer neunten Spalte mit den jeweiligen elektromotorisch betriebenen Übersetzungen. Die Schaltfolge ermöglicht zugkrafterhaltende Gangwechsel durch eine sequenziell alternierende Gangvorwahl in dem jeweiligen anderen Teilgetriebe T1, T2, wobei die Radsatzebenen Z4 bis Z7, mit der ausgangsseitigen Radsatzebene Z7 beginnend, nacheinander durchlaufen werden.
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Demnach ist bei einer Neutralstellung des Getriebes (CG) ein Ladevorgang eines nicht dargestellten Energiespeichers im Generatorbetrieb der Elek-tromaschine EM möglich, sofern das Anfahrelement K1 geschlossen und die Schaltvorrichtungen S1 nach links („li“) geschaltet ist.
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Bei gekoppeltem Antrieb in der Schaltstellung S1=li kann durch Schließen des Anfahrelementes K1 bzw. bei geschlossenem Anfahrelement K1 durch Schließen von S1 der Verbrennungsmotor VM gestartet werden oder ein durch die Elektromaschine EM angetriebener gewundener Gang des verbrennungsmotorischen Teilgetriebes T2 angetrieben werden.
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In der Gangtabelle ist zunächst ein erster elektrischer Gang 1G als Windungsgang vorgesehen. Dazu wird die Synchronkupplung S5 in die Schaltstellung S5=re gebracht. Zum Schalten des verbrennungsmotorischen ersten Gangs 1G wird lediglich die Anfahrkupplung bzw. Motorkupplung K1 geschlossen. Gleichzeitig wird das Schaltelement S1 geöffnet und die Klauenkupplung S3 in die Stellung S3=li zur Vorbereitung des dritten 3G Ganges bzw. zur Zugkraftunterstützung des nächsten Gangwechsels verschoben.
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Der zweite verbrennungsmotorische Gang 2G wird durch die Schaltung S5=li erreicht. Der Gangwechsel kann durch die Elektromaschine EM über die bereits aktivierte Schaltstellung S3=li über die gleiche Ebene Z6 zum Abtrieb abgestützt werden.
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Der bereits vorgewählte dritte Gang 3G kann anschließend über die Elektromaschine EM oder durch Schalten von S1=li und Öffnen der Synchronkupplung S5 verbrennungsmotorisch angetrieben werden. Grundsätzlich möglich wäre dabei ein Umschalten der Elektromaschine EM in einen Generatorbetrieb oder einen elektromotorisch-verbrennungsmotorischer Antrieb.
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Zur Abstützung des folgenden Gangwechsels bleibt die Schaltstellung S3=li noch bestehen, während im verbrennungsmotorisch angetriebenen Teilgetriebe T2 die Schaltung S4=re in den vierten Gang 4G erfolgt. Daraufhin schaltet im elektromotorisch angetriebenen Teilgetriebe T1 die Klauenkupplung S2 nach S2=re zur Vorbereitung des fünften Ganges 5G. Der fünfte Gang 5G kann elektrisch angetrieben sein. Durch Schalten der Synchronkupplung S1 nach links (S1=li) kann der fünfte Gang 5G verbrennungsmotorisch angetrieben werden.
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Der Gangwechsel in den sechsten Gang 6G kann durch die bestehende Schaltstellung S2=re elektrisch abgestützt werden, während die Synchronkupplung S1 geöffnet wird. Der sechste Gang 6G ist als ein verbrennungsmotorischer Direktgang vorgesehen. Dazu wird die erste Getriebeeingangswelle W1 über die Schaltstellung S1=re direkt mit der Abtriebswelle W2 drehfest verbunden. Die Elektromaschine EM liefert über die weiterhin bestehende Schaltstellung S2=re entweder im bestromten Motorbetrieb ein zusätzliches Antriebsmoment oder erzeugt im Generatorbetrieb elektrische Energie oder läuft unter Nulllast mit. Grundsätzlich könnte die Klauenkupplung S2 auch nach Neutral geschaltet und die Elektromaschine EM dadurch vollständig vom Antrieb abgekoppelt werden.
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Für die Zugkraftunterstützung in den siebten Gang 7G verbleibt die Klauenkupplung S2 jedoch vorzugsweise zunächst in der Schaltstellung S2=re. Die Direktverbindung der ersten Getriebeeingangswelle W1 zur Abtriebswelle W2 wird gelöst und die Synchronkupplung S4 im zweiten Teilgetriebe T2 wird nach S4=li gestellt. Anschließend wird nur im elektrisch antreibbaren Teilgetriebe T1 die Schaltvorrichtung S2 nach S2=li geschaltet.
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Damit ist der zugkraftunterstützte Wechsel zum achten Gang 8 G bereits vorbereitet. Dabei bleibt die Schaltstellung S2=li bestehen und der Verbrennungsmotor VM wird durch Schalten der Schaltvorrichtung S1 von S1=li angekoppelt.
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Ein Rückwärtsgang RG ist schließlich über die Schaltstellung S3=re der der Schaltvorrichtung S3 wählbar, wobei der Antrieb elektrisch oder durch Schalten von S1=li verbrennungsmotorisch bzw. elektrisch unterstützt erfolgen kann.
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Insgesamt erlaubt die Gangfolge somit einen im Wesentlichen verbrennungsmotorischen Antrieb, mit wahlweise schaltbarem elektrischen Zusatzdrehmoment, mit elektromotorisch zugkraftunterstützten und synchronisierungsgesteuerten Gangwechseln sowie mit wahlweise elektrischem Anfahren und einer Starter- und Generatorfunktion der Elektromaschine.
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Die in den weiteren Figuren dargestellten Getriebestrukturen 1b bis 1e folgen grundsätzlich dem gleichen Aufbauprinzip. Daher werden im Folgenden lediglich die Unterschiede erläutert.
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Die 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Getriebestruktur 1b mit einem Radsatz RS2. Dieser Radsatz weist ein achte Radsatzebene Z8 für einen separaten Rückwärtsgang RG auf, der dem zweiten Teilgetriebe T2 zugeordnet ist. Ein auf der zweiten Vorgelegewelle W4 drehbar angeordnetes Zahnrad z38 ist über die Schaltvorrichtung S5 mit seiner Welle W4 drehfest verbindbar. Das Losrad z38 kämmt mit einem Zwischenrad zR8, welches im Eingriff mit einem auf der Abtriebswelle W2 angeordneten Festrad z28 steht. Der separate Rückwärtsgang RG erlaubt eine gegenüber der Getriebestruktur 1a geänderte Gangfolge, bei der die geraden Gänge 2G, 4G, 6G, 8G dem ersten Teilgetriebe T1 und die ungeraden Gänge 1G, 3G, 5G, 7G sowie der Rückwärtsgang RG dem zweiten Teilgetriebe T2 zugeordnet sind.
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Die zugehörige Gangtabelle weist dementsprechend neben einer in der ersten Spalte VM gelisteten aufeinanderfolgenden vollständigen verbrennungsmotorischen Gangfolge eine in der neunten Spalte EM eingetragene elektromotorische Gangfolge auf. In der Neutralstellung des Getriebes fungiert die Elektromaschine EM als Generator zum Laden eines elektrischen Energiespeichers. Zum Anfahren ist wiederum neben einem verbrennungsmotorischen ein elektrisch gewundener erster Gang 1 G schaltbar. Die geraden Gänge 2G, 4G, 6G, 8G können jeweils durch Schalten der Schaltvorrichtung S1 nach links (S1=li) an den Verbrennungsmotor VM angekoppelt werden. Die verbrennungsmotorisch betriebenen Übersetzungen iVM, die elektromotorisch betriebenen Übersetzungen iEM, die Stufensprünge kVM sowie die Spreizung und die Motorstart- bzw. Ladeübersetzung i_EM_VM sind wiederum lediglich als ein Zahlenbeispiel zu verstehen.
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Der Radsatz RS2 eignet sich für die Integration in ein Doppelkupplungsgetriebe. Eine solche Getriebestruktur 1c zeigt beispielhaft die 3. Anstelle der Elektromaschine EM ist die zweite Getriebeeingangswelle W5 mit einem zweiten Anfahrelement K2 verbunden. Die beiden Anfahrelemente K1, K2 bilden eine Doppelkupplung mit einem gemeinsamen eingangsseitigen Kupplungskorb 5, der mit der Antriebswelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbunden ist. Da eine Kopplung der beiden Eingangswellen W1, W5 nicht vorgesehen ist, entfällt die dritte Radsatzebene Z3 der Ausführungsformen gemäß 1 und 2. Folglich ist das Schaltelement S1 nur einseitig aus seine Öffnungsstellung in die Schaltstellung S1=re betätigbar, zur Schaltung eines Direktgangs. Die erste Radsatzebene Z1 erhält zudem die Übersetzung der weggefallenen dritten Radsatzebene Z3. Die zugehörige Gangtabelle verdeutlicht die für Doppelkupplungsgetriebe charakteristische, zugkraftunterbrechungsfreie sequenzielle Gangfolge, bei der die beiden Motorkupplungen K1, K2 alternierend überschneidend geöffnet bzw. geschlossen werden, wobei jeweils der dem aktiven Gang nachfolgende Gang in dem anderen Teilgetriebe T1, T2 bereits eingelegt ist.
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4 zeigt eine weitere Getriebestruktur 1d für einen Hybridantrieb mit einem siebengängigen Radsatz RS3 ohne Direktgang. Daher kann die erste Schaltvorrichtung S1 wiederum lediglich einseitig betätigbar ausgebildet sein, allerdings in die Schaltstellung S1=li zur Kopplung der beiden Eingangswellen W1 und W5 miteinander. Ein Rückwärtsgang RG ist bei diesem Radsatz RS3 dem ersten Teilgetriebe T1 zugeordnet. Ein auf der ersten Vorgelegewelle W3 drehbar angeordnetes Zahnrad z18 ist über die Schaltvorrichtung S3 mit seiner Welle W3 drehfest verbindbar. Das Losrad z18 kämmt mit einem Zwischenrad zR8, welches im Eingriff mit einem auf der Abtriebswelle W2 angeordneten Festrad z28 ist. Die geraden Gänge 2G, 4G, 6G sowie der Rückwärtsgang RG sind dem ersten Teilgetriebe T1 und die ungeraden Gänge 1G, 3G, 5G, 7G dem zweiten Teilgetriebe T2 zugeordnet. Die zugehörige Gangtabelle ist analog zu der in 2 gezeigten Gangtabelle aufgebaut, wobei allerdings auf den fünften Normalgang 5G unmittelbar ein Schnellgang 6G folgt.
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Schließlich zeigt 5 beispielhaft eine besonders kompakt bauende Getriebestruktur 1 e, bei welcher der Radsatz RS3 ohne Direktgang an eine Doppelkupplung K1, K2 angebunden ist, wie sie in 3 dargestellt ist. Da weder eine Eingangswellenkopplung noch ein Direktgang vorgesehen sind, können sowohl die dritte Radsatzebene Z3 als auch die Schaltvorrichtung S1 vollständig entfallen. Dementsprechend ergibt sich ein einfaches Schaltschema mit sieben Gängen 1G bis 7G und einem Rückwärtsgang RG, welches in sequenzieller Reihenfolge zugkraftunterbrechungsfrei schaltbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1a - 1e
- Getriebestrukturen
- 1G - 8G
- Vorwärtsgänge
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Rotor
- 4
- Stator
- 5
- Kupplungskorb
- EM
- Elektromaschine
- i
- Übersetzung
- i_EM
- Übersetzung Elektromaschine
- i_EM_VM
- Übersetzung Elektromaschine/Verbrennungsmotor
- i_VM
- Übersetzung Verbrennungsmotor
- i_ges
- Getriebespreizung
- k
- Gangsprung
- K1
- Anfahrelement, Anfahrkupplung, Motorkupplung
- K2
- Anfahrelement, Anfahrkupplung, Motorkupplung
- li
- Schaltstellung links
- re
- Schaltstellung rechts
- RG
- Rückwärtsgang
- RS1
- Radsatz
- RS2
- Radsatz
- RS3
- Radsatz
- S1
- Erste Schaltvorrichtung
- S2
- Zweite Schaltvorrichtung
- S3
- Dritte Schaltvorrichtung
- S4
- Vierte Schaltvorrichtung
- S5
- Fünfte Schaltvorrichtung
- VM
- Verbrennungsmotor
- W1
- Getriebeeingangswelle
- W2
- Getriebeausgangswelle, Getriebeabtrieb
- W3
- Vorgelegewelle
- W4
- Vorgelegewelle
- W5
- Getriebeeingangswelle
- Z1
- Radsatzebene, Eingangskonstante
- Z2
- Radsatzebene, Eingangskonstante
- Z3
- Radsatzebene, Kopplungskonstante
- Z4 - Z8
- Radsatzebene, Gangstufe
- z11, z21
- Zahnrad erste Radsatzebene
- z22, z32
- Zahnrad zweite Radsatzebene
- z13, z23
- Zahnrad dritte Radsatzebene
- z14, z24, z34
- Zahnrad vierte Radsatzebene
- z15, z25, z35
- Zahnrad fünfte Radsatzebene
- z16, z26, z36
- Zahnrad sechste Radsatzebene
- z17, z27, z37
- Zahnrad siebte Radsatzebene
- z18, z28, z38
- Zahnrad achte Radsatzebene
- zR7
- Rückwärtsgangzwischenrad siebte Radsatzebene
- zR8
- Rückwärtsgangzwischenrad achte Radsatzebene
