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Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit zumindest einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle mit einem ersten Planetenradsatz, einem zweiten Planetenradsatz und einem dritten Planetenradsatz, mit zwei Leistungspfaden zwischen einem Antrieb und dem zweiten Planetenradsatz, wobei der erste Leistungspfad ein erstes festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei der zweite Leistungspfad ein zweites festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das zweite feste Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste feste Übersetzungsverhältnis, wobei entweder der erste Leistungspfad oder der zweite Leistungspfad den ersten Planetenradsatz umfasst, wobei der zweite Planetenradsatz drei in Drehzahlordnung als vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnete Wellen und der dritte Planetenradsatz drei in Drehzahlordnung als siebente, achte und neunte Welle bezeichnete Wellen aufweisen.
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Weiters betrifft die Erfindung einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest einen Verbrennungsmotor und zumindest eine Elektromaschine.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2010 028 026 der Anmelderin ist ein Hybridantriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und mehreren Elektromotoren bekannt geworden. Bei diesem Hybridantriebsstrang kommt ein Zahnradgetriebe mit Teilgetrieben zum Einsatz, die jeweils zumindest eine schaltbare Gangstufe aufweisen. Die in den Teilgetrieben vorhandenen schaltbaren Gangstufen werden von einem Direktgang bei koaxialem An- und Antrieb abgesehen, jeweils durch genau ein Einzelgetriebe, wie einem Stirnradpaar oder ein Planetenradsatz erzeugt. Ein Acht-Gang Vorgelegegetriebe mit koaxialem Abtrieb würde danach für die vier Gänge mindestens acht Einzelgetriebe in Form von vier Stirnradpaaren benötigen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den erforderlichen Bauaufwand für einen Hybridantriebstrang mit einem Mehrganggetriebe, insbesondere für einen Bus mit vorzugsweise acht Gängen, zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird mit einem mit einem Getriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der erste Leistungspfad zumindest eine über ein erstes Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung bringbare Elektromaschine umfasst, wobei entweder die vierte Welle oder die sechste Welle über ein zweites Schaltelement mit dem ersten Leistungspfad und über ein drittes Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die fünfte Welle über ein viertes Schaltelement mit dem ersten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die siebente oder die neunte Welle über ein fünftes Schaltelement mit der fünften Welle und über ein sechstes Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die achte Welle über ein siebentes Schaltelement mit der fünften Welle verbindbar und ständig mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich vor allem durch einen wesentlich reduzierten und vereinfachten Aufbau aus, wodurch sich auch eine Optimierung hinsichtlich des Gesamtgewichts und des erforderlichen Einbauraums erzielen lässt. Je zwei Schaltelemente können mittels eines doppeltwirkenden Aktuators wechselweise betätigbar sein. Hierbei kann ein Schließen eines ersten Schaltelements ein Öffnen eines zweiten Schaltelementes zur Folge haben. Alle in diesem Dokument genannten Schaltelemente können bevorzugt als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Klauenschaltelemente, insbesondere Klauenkupplungen oder Klauenbremsen, ausgebildet sein. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes besteht darin, dass die verwendeten Schaltelemente keine Synchronisiereinrichtung benötigen, da eine Synchronisierung der Schaltelemente über die Elektromaschine und einen Verbrennungsmotor in einem lastlosen Zustand erfolgen kann. Darüber hinaus kann die Elektromaschine als Drehzahlgeber (Resolver) dienen. Hierbei können undefinierte Drehzahlzustände an den Planetenradsätzen innerhalb und außerhalb der Schaltung der Gänge durch stets definierte Drehzahlen an der Elektromaschine, am Antrieb und am Abtrieb vermieden werden. Darüber hinaus kann auch eine Lastschaltung beim verbrennungsmotorischen Fahren über die Elektromaschine erfolgen.
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Die verwendeten Planetenradsatz sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad. Gemäß der Erfindung kann ein Minus-Planetenradsatz jedoch auch durch einen Plus-Planetenradsatz ersetzt werden, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung des Planetenradsatzes im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
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Ein Acht-Ganggetriebe lässt sich auf einfache Weise dadurch realisieren, dass die Getriebeausgangswelle über ein achtes Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist.
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Eine Ausführungsform der Erfindung, welche mit einer geringen Zahl an erforderlichen Schaltelementen auskommt, sieht vor, dass durch selektives Eingreifen der Schaltelemente zumindest sechs Vorwärtsgänge realisierbar sind, von welchen zumindest fünf Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements, des zweiten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements, des vierten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements und des sechsten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements oder nur durch Schließen des sechsten Schaltelements, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements, des vierten Schaltelements und des siebenten Schaltelements und ein sechster Vorwärtsgang durch Schließen des achten Schaltelements und des siebenten Schaltelements oder nur durch Schließen des achten Schaltelements ergibt.
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Gemäß eine weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass durch selektives Eingreifen der Schaltelemente zumindest sieben Vorwärtsgänge realisierbar sind, von welchen zumindest sechs Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements oder der Bremse, des zweiten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements oder der Bremse, des vierten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements oder durch Schließen des sechsten Schaltelements und des vierten Schaltelements sowie des fünften Schaltelements, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements oder der Bremse, des zweiten Schaltelements und des siebenten Schaltelements, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelementes und des siebenten Schaltelementes, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements oder der Bremse, des vierten Schaltelements und des siebenten Schaltelements ergibt. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergibt sich ein achter Vorwärtsgang durch Schließen des achten Schaltelements und des siebenten Schaltelements oder nur durch Schließen des achten Schaltelements.
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Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung, bei welcher ein Starten, Anfahren, Reversieren, Boosten, Rekuperieren sowie Lastschalten über die Elektromaschine erfolgt, sieht vor, dass der erste Planetenradsatz drei in Drehzahlordnung als erste, zweite und dritte Welle bezeichnete Wellen aufweist, und dass die erste Welle des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist und die Elektromaschine an die zweite Welle des ersten Planetenradsatzes angebunden ist, wobei die zweite Welle des ersten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist, oder dass die Elektromaschine an die zweite Welle des ersten Planetenradsatzes angebunden und die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes ständig mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, wobei die erste Welle des ersten Planetenradsatzes über eine Bremse festsetzbar ist, oder dass die erste Welle des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist und die Elektromaschine an die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes angebunden ist, wobei die dritte Welle des ersten Planetenradsatzes über das erste Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass kein separater Rückwärtsgang erforderlich ist, sondern über eine rückwärtsdrehende Elektromaschine realisiert werden kann.
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Bevorzugt ist die Getriebeausgangswelle koaxial zu der Getriebeeingangswelle angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz als Underdrive-Planetenradsatz zum Abgeben einer kleineren Drehzahl als die der Getriebeeingangswelle ausgebildet ist, wobei der Underdrive-Planetenradsatz als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes festgesetzt oder über die Bremse festsetzbar ist und das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement an einen Steg des ersten Planetenradsatzes angebunden sind, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle ständig verbunden oder über das erste Schaltelement verbindbar ist, wobei der zweite Leistungspfad ein direkter Antrieb ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Getriebeausgangswelle ebenfalls koaxial zu der Getriebeeingangswelle angeordnet sein, wobei der erste Planetenradsatz jedoch als Overdrive-Planetenradsatz zum Abgeben einer größeren Drehzahl als die der Getriebeeingangswelle ausgebildet ist, wobei der Overdrive-Planetenradsatz als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist, und ein Steg des ersten Planetenradsatzes mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, wobei das zweite und das vierte Schaltelement mit der ersten Elektromaschine drehfest verbunden und über das erste Schaltelement mit dem Steg verbindbar sind, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes an das dritte und das sechste Schaltelement angebunden ist.
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Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Hybridantriebsstrang der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass er ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zumindest eine zweite mit dem Verbrennungsmotor direkt oder über ein Getriebe verbundene oder über zumindest ein neuntes Schaltelement lösbar verbindbare Elektromaschine vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators vorgesehen sein. Bei dieser Variante der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch Öffnen des neunten Schaltelements ein rein elektrischer, lastschaltbarer Fahrbetrieb in allen Gängen ermöglicht ist. Bei Verwendung eines Anlassers ergibt sich der Vorteil, dass ein Verbrennungsmotorstart auch während des rein elektrischen Fahrbetriebs ohne Zugkraftunterbrechung möglich ist. Wird anstelle des Anlassers ein Starter Generator verwendet, ergeben sich die zusätzlichen Vorteile, dass sich ein batteriegrößenunabhängiges System ergibt, da ein verbrennungsmotorisch-elektrisches Fahren in den ungeraden Gängen möglich wird.
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Ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau ergibt sich dadurch, dass jeweils zwei Schaltelemente durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sind, wobei vorzugsweise das erste Schaltelement beispielsweise als Kupplung oder Bremse und das achte Schaltelement und/ oder das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement und/ oder das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement und/oder das siebente Schaltelement und das fünfte Schaltelement jeweils durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sind.
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Die Erfindung samt weiteren Vorteilen wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen schematisch:
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1 ein Getriebeschema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs;
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2 ein Drehzahldiagramm des Hybridantriebsstrangs aus 1;
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3 ein Schaltschema für den in 1 dargestellten Hybridantriebsstrang;
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4 ein Getriebeschema einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs;
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5 ein Drehzahldiagramm für einen ersten Planetenradsatz des Hybridantriebsstrangs aus 4;
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6 ein Schaltschema für den in 4 dargestellten Hybridantriebsstrang;
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7 ein Getriebeschema einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs;
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8 ein Drehzahldiagramm des Hybridantriebsstrangs aus 7 und
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9 ein Schaltschema für den in 7 dargestellten Hybridantriebsstrang;
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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.
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Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Hybridantriebstrang für ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor 1 und mindestens eine Elektromaschine EM1 auf. Darüber hinaus sind eine Steuerung 2 für die Elektromaschine EM1 und ein elektrischer Energiespeicher 3 vorgesehen.
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Der Hybridantriebstrang weist ein erfindungsgemäßes Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle 4 und einer Getriebeausgangswelle 5 auf. Zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe kann ein Torsionsschwingungsdämpfer 6 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann eine zweite Elektromaschine EM2 beispielsweise in Form eines Anlassers oder Startergenerators vorgesehen sein. Die zweite Elektromaschine EM2, vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators, kann mit dem Verbrennungsmotor 1 ständig oder zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden sein.
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Auf der Abtriebsseite können auch ein Achsdifferential und/oder Verteilerdifferential angeordnet werden.
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Das Getriebe weist drei Planetenradsätze P1, P2, P3 mit neun in Drehzahlordnung, d. h. nach ihrer Reihenfolge in einem Drehzahlplan, als erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste, siebente, achte und neunte Welle bezeichneten Wellen W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9 auf. Die Welle W1 ist mit dem Sonnenrad SO1, die Welle W2 mit dem Steg ST1, die Welle W3 mit dem Hohlrad HO1, die Welle W4 mit dem Sonnenrad SO2, die Welle W5 mit dem Steg ST2 und die Welle W6 mit dem Hohlrad HO2, die Welle W7 mit dem Sonnenrad SO3, die Welle W8 mit dem Steg ST3 und die Welle W9 mit dem Hohlrad HO3 verbunden.
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Ferner weist das Getriebe zwei Leistungspfade L1, L2 zwischen einem Antrieb und dem Planetengetriebe P2 auf. Der erste Leistungspfad L1 umfasst neben dem Planetengetriebe P1 die Elektromaschine EM1. Der erste Leistungspfad L1 weist ein erstes festes Übersetzungsverhältnis und der zweite Leistungspfad L2 weist ein zweites festes Übersetzungsverhältnis auf, wobei das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste feste Übersetzungsverhältnis.
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Die erste Elektromaschine EM1 kann, wie in 1 dargestellt, an die dritte Welle W3 angebundenen sein. Zwischen der Welle W3 und der Getriebeeingangswelle 4 ist hierbei ein Schaltelement K1 angeordnet. Alternativ zu einer ständigen Anbindung an die Welle W3 kann die Elektromaschine EM1 jedoch auch zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe, insbesondere ein Riemen-, Ketten-, Stirnrad- oder Planetenradsatz an die Welle W3 angebunden sein.
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Die Welle W1 ist festgesetzt, während die zweite Welle W2 über ein Schaltelement U1 mit der sechsten Welle W6 und über ein Schaltelement D3 mit der fünften Welle W5 verbunden werden kann. Die Welle W4 ist ebenfalls festgesetzt. Über ein Schaltelement U2 kann die Welle W6 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden werden.
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Die siebente Welle W7 ist über ein Schaltelement D4 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindbar. Über ein Schaltelement U3 kann die Welle W7 mit der fünften Welle W5 verbunden werden. Die achte Welle W8 ist ständig mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden und kann über ein Schaltelement D5 ebenfalls mit der fünften Welle W5 verbunden werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in dem vorliegenden Text die Begriffe „ständig“ und „fest“ bzw. „drehfest“ synonym gebraucht werden. Darüber hinaus kann die achte Welle W8 über ein Schaltelement D8 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden werden, wodurch sich ein direkter Antrieb ergibt. Die neunte Welle W9 ist festgesetzt.
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Bevorzugt ist die Getriebeausgangswelle 5 koaxial zu der Getriebeeingangswelle 4 angeordnet, wobei gemäß der in 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen, der erste Planetenradsatz P1 als Underdrive-Planetenradsatz zum Abgeben einer kleineren Drehzahl als die der Getriebeeingangswelle 4 ausgebildet ist. Der Underdrive-Planetenradsatz P1 kann als Minus-Radsatz ausgebildet sein, wobei ein Sonnenrad SO1 festgesetzt ist und das Schaltelement U1 und das Schaltelement D3 an einem Steg ST1 angebunden sind. Ein Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 kann mit der Getriebeeingangswelle 4 über das Schaltelement K1 verbunden werden.
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Durch selektives paarweises Eingreifen der Schaltelemente K1, U1, U2, U3, D3, D4, D5, D8 des Getriebes sind acht Vorwärtsgänge realisierbar.
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Aus dem in 2 dargestellten Drehzahldiagramm bzw. Drehzahlplan sind die Beziehungen zwischen den durch selektives Eingreifen der Schaltelementen K1, U1, U2, U3, D3, D4, D5, D8 erzielten Gängen und dem Übersetzungsverhältnis jeder Welle W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9 ersichtlich. Auf den einzelnen Wellen W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse aufgetragen. Der horizontale Abstand zwischen den Wellen ergibt sich durch die Standübersetzungen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse durch eine Gerade verbinden lassen. Bei einer bestimmten Antriebsdrehzahl kennzeichnen die Betriebslinien des dritten Planetenradsatzes P3 die Drehzahlverhältnisse in den acht Vorwärtsgängen, wobei der achte Gang ein direkter Gang ist. Die Eingangsdrehzahl ist auf 1 normiert.
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Die sechste Welle W6 kann über das Schaltelement U1 mit dem ersten Leistungspfad L1 und über das Schaltelement U2 mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbunden werden. Die fünfte Welle W5 kann über das Schaltelement D3 mit dem ersten Leistungspfad L1 verbunden werden. Die Getriebeausgangswelle 5 kann über das Schaltelement D8 mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbunden werden, wobei der zweite Leistungspfad ein direkter Antrieb ist.
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Die Wellen W4 und W9 sind in der dargestellten Ausführungsform festgesetzt. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, die Welle W6 bzw. die Welle W7 festzusetzen und die Schaltelemente D4 und U3 an der Welle W9 bzw. die Schaltelemente U1 und U2 an der Welle W4 vorzusehen, wobei die Standübersetzungen der Planetengetriebe P2 und P3 entsprechend anzupassen wären.
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3 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das in 1 dargestellte Getriebe zu entnehmen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe eine Spreizung von 6,0 und konstante Gangsprünge aufweist. Typische Werte für die Standübersetzungen der in dem vorliegenden Fall als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsatz P1, P2 und P3 sind –3,24 für P1, –1,5 für P2 und –1,79 für P3.
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Der erste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des zweiten Schaltelements U1 sowie des fünften Schaltelements U3, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements U2 und des fünften Schaltelements U3, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements D3 sowie des fünften Schaltelements U3, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements D3 und des sechsten Schaltelements D4 sowie des fünften Schaltelements U3 oder alternativ hierzu nur durch Schließen des Schaltelements D4, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements K1, des zweiten Schaltelements U1 und des siebenten Schaltelements D5, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements K1 sowie des vierten Schaltelements D3 und des siebenten Schaltelements D5. Der achte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des achten Schaltelements D8 und des siebenten Schaltelements D5 oder alternativ hierzu nur durch das Schaltelement D8.
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Wie aus 4 zu entnehmen ist, kann die Elektromaschine EM1 auch an die zweite Welle W2 angebunden werden. Hierbei ist die Welle W3 ständig mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden. In diesem Fall ist eine Bremse B1 zwischen einem Gehäuse des Getriebes und der Welle W1 vorgesehen.
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Durch Verzicht auf das Schaltelement D8 lässt sich ein Sieben-Gang Getriebe realisieren. 5 ist ein Drehzahlplan für das Getriebe aus 4 zu entnehmen, wobei aus Gründen der einfacheren Darstellbarkeit nur der erste Planetenradsatz P1 dargestellt wurde, da der Drehzahlplan des zweiten und des dritten Planetenradsatzes P2 und P3 dem in 3 dargestellten ohne das Schaltelement D8 entsprechen. Wie aus 5 entnommen werden kann ist die Welle W3 ständig mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden, wobei die Welle W1 mit der Bremse B1 festsetzbar ist. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu 3 sinngemäß.
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6 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das in 4 dargestellte Getriebe zu entnehmen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe eine Spreizung von 4,7 und konstante Gangsprünge aufweist. Typische Werte für die Standübersetzungen der in dem vorliegenden Fall als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsatz P1, P2 und P3 sind –3,24 für P1, –1,5 für P2 und –1,79 für P3.
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Die einzelnen Gänge in 6 ergeben sich analog zu der Darstellung in 3, wobei die Bremse B1 in der Schaltlogik an die Stelle des Schaltelements K1 tritt.
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Wie in 7 dargestellt, kann das antriebsnahe erste Planetenradsatz P1 auch als Overdrive-Radsatz ausgebildet sein. Der Overdrive-Planetenradsatz P1 ist als Minus-Radsatz ausgebildet. Ein Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist festgesetzt. Der Steg ST1 ist mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Das zweite und das vierte Schaltelement U1 und D3 sind mit der ersten Elektromaschine EM1 drehfest verbunden und über das erste Schaltelement K1 mit dem Steg ST1 verbindbar. Ein Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes ist an das dritte und das sechste Schaltelement U2 und D4 angebunden.
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Durch Vertauschung der Anbindung von Sonnenrad SO2 und Hohlrad HO2 des Planetenradsatzes P2 in Verbindung mit angepasster Standgetriebeübersetzung der Planetenradsätze, lässt sich ein Sechs-Ganggetriebe mit konstanten Gangsprüngen realisieren. Die zweite Welle W2 kann hierbei über das zweite Schaltelement U1 mit der vierten Welle W4 und die dritte Welle W3 über das dritte Schaltelement U2 mit der vierten Welle W4 verbunden werden, während die Welle W6 festgesetzt ist.
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Ein Drehzahlplan für das Getriebe aus 7 ist in 8 dargestellt. Wie aus 8 entnommen werden kann, kann die vierte Welle W4 über das Schaltelement U1 mit dem ersten Leistungspfad L1 und über das Schaltelement U2 mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbunden werden, wobei der erste Leistungspfad L1 ein direkter Antrieb ist und wobei der zweite Leistungspfad L2 dem ersten Planetenradsatz umfasst.
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9 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das in 6 dargestellte Getriebe zu entnehmen. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe eine Spreizung von 12,2 und konstante Gangsprünge aufweist. Typische Werte für die Standübersetzungen der in dem vorliegenden Fall als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsatz P1, P2 und P3 sind –1,54 für P1, –1,72 für P2 und –1,72 für P3.
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Wie einem Vergleich der 3 und 9 entnommen werden kann, fehlen in der Schaltlogik für das Sechs-Ganggetriebe die Gänge 5 und 6 des Acht-Ganggetriebes.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in den in 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen, der Planetenradsatz P1 als Underdrive-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei der zweite Leistungspfad L2 ein direkter Antrieb ist.
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Bei einer Ausführungsform des Planetenradsatzes P1 als Overdrive- Planetenradsatz, wie sie in 7 dargestellt ist, ist jedoch der erste Leistungspfad L1 ein direkter Antrieb.
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Im Fall einer Ausführung des Planetenradsatzes P1 als Underdrive-Planetenradsatz stellt der höchste Gang einen direkten Gang dar, während im Fall einer Ausführung des Planetenradsatzes P1 als Overdrive-Planetenradsatz der direkte Gang der zweithöchste Gang wäre.
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Gemäß den Schaltschemata aus 3, 6 und 9, ergibt sich bei geschlossener Bremse B1 bzw. bei geschlossenem Schaltelement K1 ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb. Die Lastschaltung erfolgt hierbei über die elektrischen Gänge als Stützgänge. Bei geöffneten Schaltelementen K1 und B1 ergibt sich ein rein elektrischer Fahrbetrieb in den ungeraden Gängen. Auch liegen keine undefinierten Drehzahlzustände an den Planetenradsätzen innerhalb und außerhalb der Schaltung der Gänge vor. Einen Sonderfall stellt jedoch die Schaltung vom vierten in den fünften Gang dar. Hierbei wird im vierten Gang zunächst vorzugsweise das Schaltelement U3 geöffnet. Über das noch geschlossene Schaltelement D3 wird mittels der Elektromaschine EM1 eine Synchrondrehzahl zum Schließen des Schaltelements D5 angefahren und dann das Schaltelement D5 geschlossen. Anschließend wird im lastlosen Zustand das Schaltelement D3 geöffnet und nach Synchronisierung mittels der Elektromaschine EM1 das Schaltelement U1 geschlossen und die Last durch die Elektromaschine EM1 übernommen. Im lastlosen Zustand wird nun das Schaltelement D4 geöffnet und nach Synchronisierung des Verbrennungsmotors 1 das Schaltelement K1 geschlossen.
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An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Schaltelemente K1, U1, U2, U3, D3, D4, D5, D8 bevorzugt als Klauenkupplungen und das Schaltelement B1 bevorzugt als Klauenbremse ausgeführt sind.
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Auch können bei allen Ausführungsformen der Erfindung die Schaltelemente U1 und D3 sowie die Schaltelement U2 und D4 sowie die Schaltelemente U3 und D5 und die Schaltelemente K1 und D8 jeweils durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar sein. Somit kann jeweils ein Paar von Schaltelementen durch einen einzigen Aktuator betätigt werden, wodurch sich der Aufbau vereinfacht sowie der erforderliche Bauraum und die Herstellungskosten verringert werden können.
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Durch Anordnung eines weiteren Schaltelements zwischen der zweiten Elektromaschine EM1 und dem Verbrennungsmotor 1 ergibt sich bei Öffnen dieses Schaltelements ein rein elektrischer Fahrbetrieb in allen Gängen, welche auch unter Last geschaltet werden können.
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Ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors 1 ist mit Hilfe einer zweiten Elektromaschine EM2 auch während des rein elektrischen Fahrbetriebs ohne Zugkraftunterbrechung möglich. Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 während des rein elektrischen Fahrbetriebs kann das Schaltelement K1 oder B1 nach vorheriger Synchronisation geschlossen werden. Anschließend kann verbrennungsmotorisch weiter gefahren werden.
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Auch lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang auf einfache Weise eine Parksperre integrieren. Hierzu könnte beispielsweise beim Abstellen der erste Gang (K1, U1 und U3 geschlossen) eingelegt werden. Gelöst könnte die Parksperre dadurch werden, dass durch die Elektromaschine EM1 ein Moment entgegen einer Hangabtriebskraft erzeugt wird und das Schaltelement K1 lastlos ausgelegt werden kann, um dann elektrisch anfahren zu können.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Varianten des erfindungsgemäßen Getriebes bzw. Hybridantriebsstranges, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten eingeschränkt ist. Weiteres sind diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich, wobei diese Variationsmöglichkeiten aufgrund der Lehre zum technischen Handeln der gegenständlichen Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Steuerung
- 3
- elektrischer Energiespeicher
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Torsionsschwingungsdämpfer
- EM1
- erste Elektromaschine
- EM2
- zweite Elektromaschine
- L1
- erster Leistungspfad
- L2
- zweiter Leistungspfad
- P1
- erster Planetenradsatz
- P2
- zweiter Planetenradsatz
- P3
- dritter Planetenradsatz
- W1
- erste Welle
- W2
- zweite Welle
- W3
- dritte Welle
- W4
- vierte Welle
- W5
- fünfte Welle
- W6
- sechste Welle
- W7
- siebente Welle
- W8
- achte Welle
- W9
- neunte Welle
- SO1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- ST1
- Steg des ersten Planetenradsatzes
- HO1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- SO2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- ST2
- Steg des zweiten Planetenradsatzes
- HO2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- SO3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- ST3
- Steg des dritten Planetenradsatzes
- HO3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- B1
- Bremse
- K1
- erstes Schaltelement
- U1
- zweites Schaltelement
- U2
- drittes Schaltelement
- D3
- viertes Schaltelement
- U3
- fünftes Schaltelement
- D4
- sechstes Schaltelement
- D5
- siebentes Schaltelement
- D8
- achtes Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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