DE102013223426A1

DE102013223426A1 - Getriebe für einen Hybridantriebstrang

Info

Publication number: DE102013223426A1
Application number: DE201310223426
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Christian SIBLA; Stefan Beck; Michael Wechs; Raffael Kuberczyk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2014-12-24
Also published as: WO2014202304A1

Abstract

Ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle (4) und einer Getriebeausgangswelle (5) und drei Leistungspfaden (L1, L2,L3) zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen (P3, P4) bestehenden Hauptradsatz (HRS) mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen (W1, W2, W3, W4), wobei zumindest eine Elektromaschine (EM1) mit der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, die erste Welle (W1) über ein erstes Schaltelement (C) mit dem ersten Leistungspfad (L1) und über ein zweites Schaltelement (B) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (W2) über ein drittes Schaltelement (D) mit dem ersten Leistungspfad (L1) und über ein viertes Schaltelement (E) mit dem dritten Leistungspfad (L3) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) ständig mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist, die vierte Welle (W4) über ein fünftes Schaltelement (A) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist und über ein sechstes Schaltelement (F) festsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle und zumindest drei Leistungspfaden zwischen der Getriebeeingangswelle und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen bestehenden Hauptradsatz mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen, wobei ein erster der Leistungspfade ein erstes festes Übersetzungsverhältnis, ein zweiter der Leistungspfade ein zweites festes Übersetzungsverhältnis und ein dritter der Leistungspfade ein drittes festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das dritte Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das zweite Übersetzungsverhältnis und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis, wobei zumindest eine Elektromaschine mit der ersten Wellen des Hauptradsatzes verbunden ist.
Bei der noch unveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2012 201 376 der Anmelderin ist es von Nachteil, dass sich bei sinnvollen Gangsprüngen und sinnvoller Gesamtspreizung an der mit der ersten Welle gekoppelten E-Maschine in einigen der Gänge, beispielsweise im dritten und im neunten Gang, Drehzahlfaktoren in der Größenordnung von 2 ergeben können.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe für einen Hybridantriebstrang zu schaffen, welches in allen Gängen an der mit der ersten Welle gekoppelten Elektromaschine Drehzahlfaktoren in einem Bereich von kleiner als 1, 5 aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Getriebe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Welle über ein erstes Schaltelement mit dem ersten Leistungspfad und über ein zweites Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die zweite Welle über ein drittes Schaltelement mit dem ersten Leistungspfad und über ein viertes Schaltelement mit dem dritten Leistungspfad verbindbar ist, wobei die dritte Welle ständig mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist, wobei die vierte Welle über ein fünftes Schaltelement mit dem zweiten Leistungspfad verbindbar ist und über ein sechstes Schaltelement festsetzbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich neben einem reduzierten und vereinfachten Aufbau dadurch aus, dass sich bei sinnvollen Gangsprüngen und einer sinnvollen Gesamtspreizung in allen Gängen kleine Drehzahlfaktoren an der mit der ersten Welle des Hauptradsatzes gekoppelten Elektromaschine erzielen lassen. Dies wird vor allem durch die Anbindung der ersten Welle des Hauptradsatzes an den ersten Leistungspfad über das zweite Schaltelement erreicht. 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 sich ein degressiver Gangsprungverlauf erzielen lässt. Ein degressiver Gangsprungverlauf bedeutet, dass die Gangsprünge mit höher werdenden Gängen kleiner werden. Darüber hinaus benötigen die verwendeten Schaltelemente keine Synchronisiereinrichtung, 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. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Starten, Anfahren, Reversieren, Boosten, Rekuperieren sowie Lastschalten über die Elektromaschine erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass kein separater Rückwärtsgang erforderlich ist.
Die verwendeten Planetengetriebe 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.
Eine vorteilhafte Variante der Erfindung besteht darin, dass die Elektromaschine ständig oder zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe an die erste Welle des Hauptradsatzes angebunden sein kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung, welche mit einer geringen Zahl an erforderlichen Schaltelementen auskommt und Doppelschaltungen bei sequentieller Schaltweise vermeidet, sieht vor, dass durch selektives paarweises Eingreifen der sechs Schaltelemente zwölf Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei elf der zwölf Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des ersten Schaltelements, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des dritten Schaltelements, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements, der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements, der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements und sich ein weiterer Gang durch Schließen des sechsten Schaltelements und des vierten Schaltelements ergibt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der erste Leistungspfad einen ersten Planetenradsatz zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle umfasst, wobei der zweite Leistungspfad durch die Getriebeeingangswelle gebildet ist, und der dritte Leistungspfad einen zweiten Planetenradsatz aufweist, der mit einer seiner drei Wellen mit der Getriebeeingangswelle und mit einer anderen seiner drei Wellen mit einer drehzahlreduzierten Ausgangswelle des ersten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei das vierte Schaltelement an eine Ausgangswelle des zweiten Planetenradsatzes angebunden ist.
Bevorzugt ist der Steg des ersten Planetengetriebes über das dritte Schaltelement mit einem Steg eines ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes lösbar verbindbar, wobei der Steg des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit einem Hohlrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden ist und das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Steg des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes über das vierte Schaltelement lösbar verbindbar ist, und der Steg des ersten Planetengetriebes durch das erste Schaltelement mit dem Sonnenrad des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes und das Hohlrad des ersten Planetengetriebes über das zweite Schaltelement mit dem Sonnenrad des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes lösbar verbindbar sind, wobei die Getriebeeingangswelle über das fünfte Schaltelement mit einem Sonnenrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes lösbar verbindbar ist, wobei ein Steg des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit der Getriebeausgangswelle ständig verbunden ist und das Sonnenrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mittels des sechsten Schaltelementes fixierbar ist.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Hohlrad des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit dem Steg des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden ist, wobei der Steg des ersten Einzelplanetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes verbunden ist.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Hohlrad des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden ist, wobei der Steg des ersten Einzelplanetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes verbunden ist.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Sonnenrad des ersten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Einzelplanetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden ist.
Die oben genannte Aufgabe lässt sich auch mit einem Hybridantriebsstrang der eingangs genannte Art erfindungsgemäß dadurch lösen, dass er ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
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:
1 ein Drehzahldiagramm eines erfindungsgemäßen Getriebes;
2 ein Schaltschema für das in 3 bis 6 dargestellte Getriebe;
3 ein Getriebeschema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe;
4 ein Getriebeschema einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe;
5 ein Getriebeschema einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Getriebe und
6 ein Getriebeschema einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang mit einem erfindungsgemäßen Getriebe.
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. An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die Figuren übergreifend beschrieben sind.
Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßes Getriebe zwischen einer in 3 mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnete Getriebeeingangswelle und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen P3, P4 bestehenden Hauptradsatz HRS drei Leistungspfade L1, L2 und L3 auf. Die drei Leistungspfade L1, L2 und L3 stellen drei unterschiedliche Übertragungswege für die von der Getriebeeingangswelle 4 abgegebenen Drehzahlen dar. Der erste Leistungspfad L1 weist ein erstes festes Übersetzungsverhältnis i1, der zweite Leistungspfade L2 ein zweites festes Übersetzungsverhältnis i2 und der dritte der Leistungspfad L3 ein drittes festes Übersetzungsverhältnis i3 auf. Das dritte Übersetzungsverhältnis i3 ist kleiner als das zweite Übersetzungsverhältnis i2 und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis i1.
Der Hauptradsatz HSR weist vier in Drehzahlordnung, d.h. nach ihrer Reihenfolge in einem Drehzahlplan, als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete drehbare Wellen W1, W2, W3, W4 auf. Die erste Welle W1 ist über ein erstes Schaltelement C mit dem ersten Leistungspfad L1 und über ein zweites Schaltelement B mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbindbar. Die zweite Welle W2 kann über ein drittes Schaltelement D mit dem ersten Leistungspfad L1 und über ein viertes Schaltelement E mit dem dritten Leistungspfad L3 verbunden werden. Die dritte Welle W3 ist ständig mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in dem vorliegenden Text die Begriffe „ständig“ und „fest“ bzw. „drehfest“ synonym gebraucht werden. Die vierte Welle W4, kann über ein fünftes Schaltelement A mit dem zweiten Leistungspfad L2 verbunden und über ein sechstes Schaltelement F festgesetzt werden.
Durch selektives paarweises Eingreifen der sechs Schaltelemente A, B, C, D, E, F des Getriebes sind zwölf Vorwärtsgänge realisiert wobei elf der zwölf Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind. Unter dem Begriff „gruppenschaltungsfrei schaltbar“ wird in dem vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass bei einem Schalten in einen nächsthöheren oder nächstniederen Gang nur ein Schaltelement geöffnet und ein anderes Schaltelement geschlossen wird.
Aus dem in 1 dargestellten Drehzahldiagramm bzw. Drehzahlplan sind die Beziehungen zwischen den durch selektives Eingreifen von Schaltelementen A, B, C, D, E, F erzielten Gängen und dem Übersetzungsverhältnis jeder Welle W1, W2, W3, W4 ersichtlich. Auf den einzelnen Wellen W1, W2, W3, W4 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse aufgetragen. Der horizontale Abstand zwischen den Wellen ergibt sich durch die Übersetzungen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse durch eine Gerade verbinden lassen. Bei einer bestimmten Antriebsdrehzahl kennzeichnen die elf Betriebslinien des Hauptradsatzes HRS die Drehzahlverhältnisse in elf Vorwärtsgängen.
2 ist ein beispielhaftes Schaltschema für das in 1 dargestellte Mehrganggetriebe zu entnehmen. Für jeden Gang werden zwei Schaltelemente geschlossen. 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 8,5 aufweist. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden können, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Typische Werte für die Standübersetzungen der in dem vorliegenden Fall als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetengetriebe P1, P2, P3 und P4 sind –1,52 für P1, –2,0 für P2, –3,2 für P3 und –1,55 für P4.
Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des ersten Schaltelements C, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des zweiten Schaltelements B, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des dritten Schaltelements D, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des zweiten Schaltelements B, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des ersten Schaltelements C, der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements D und des fünften Schaltelements A, der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements C und des fünften Schaltelements A, der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements A, der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements E und des fünften Schaltelements A, der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements E, der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements C und des vierten Schaltelements E. Ein weiterer Gang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des vierten Schaltelements E.
Ein rein elektrischer Fahrbetrieb ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und Öffnen des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelements A, B, C, D, E.
Gemäß 3 weist ein erfindungsgemäßer Hybridantriebstrang für ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor 1 und mindestens eine Elektromaschine EM1 auf. Darüber hinaus können eine Steuerung 2 für die Elektromaschine EM1 und ein elektrischer Energiespeicher 3 vorgesehen sein. Weiters weist der Hybridantriebsstrang 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 ein zweiter Elektromotor EM2 beispielsweise in Form eines Anlassers oder Startergenerators vorgesehen sein. Auf der Antriebs- oder auf der Abtriebsseite können auch ein Achsdifferential und/oder Verteilerdifferential angeordnet werden.
Die Elektromaschine EM1 kann ständig an die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS angebunden sein. Alternativ zu einer ständigen Anbindung kann die Elektromaschine EM1 jedoch auch zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe, insbesondere ein Riemen-, Ketten-, Stirnrad- oder Planetengetriebe an die erste Welle W1 angebunden sein.
Die Getriebeausgangswelle 5 ist bevorzugt koaxial zu der Getriebeeingangswelle 4 angeordnet. Dem Hauptschaltradsatz HRS ist ein aus zwei Planetengetrieben P1, P2 gebildeter Vorschaltradsatz VRS mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen W1VS, W2VS, W3VS und W4VS vorgeschaltet.
Der erste Leistungspfad L1 kann gemäß 3 den Planetenradsatz P1 des Vorschaltradsatzes VRS enthalten, wobei der erste Planetenradsatz P1 bevorzugt als Underdrive-Planetenradsatz zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 ausgebildet ist. Der zweite Leistungspfad L2 kann ein direkter Antrieb sein, der durch die Getriebeeingangswelle 4 gebildet ist, an der das fünfte Schaltelement A angebunden ist. Der dritte Leistungspfad L3 kann einen Planetenradsatz P2 aufweisen, der mit einer seiner drei Wellen, vorzugsweise dem Steg ST2, mit der Getriebeeingangswelle 5 und mit einer anderen seiner drei Wellen, vorzugsweise dem Sonnenrad SO2, mit einer drehzahlreduzierten Ausgangswelle des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden ist, wobei das vierte Schaltelement E an eine Ausgangswelle W4VS des zweiten Planetenradsatzes P2 angebunden ist.
Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Underdrive-Planetenradsatz P1 des ersten Leistungspfades L1 zumindest einen langen Planeten und ein mit diesem kämmendes geteiltes Hohlrad zur Durchführung der Drehzahl des Steges für das Schaltelement C und das Schaltelement D bzw. zur Durchführung der Getriebeeingangsdrehzahl zum Schaltelement B enthalten.
Der Steg ST1 des ersten Planetengetriebes P1 kann über das dritte Schaltelement D mit einem Steg ST3 eines ersten Einzelplanetenradsatzes P3 des Hauptradsatzes HRS lösbar verbindbar sein.
Die zwei Einzelplanetenradsätze P3, P4 des Hauptradsatzes HRS können über eine zweifache Steg-Hohlrad-Bindung (zweite Welle W2 und dritte Welle W3 des Hauptradsatzes) gekoppelt sein. Hierbei kann der Steg ST3 des Einzelplanetenradsatzes P3 mit einem Hohlrad HO4 des Einzelplanetenradsatzes P4 verbunden sein, während das Hohlrad HO3 des Planetengetriebes P3 mit dem Steg ST4 des Einzelplanetenradsatzes P4 verbunden ist. An die erste Welle W1 des Hauptradsatzes, welche mit einem Sonnenrad SO3 verbunden ist, sind die Schaltelemente B und C sowie die Elektromaschine EM1 angeschlossen. Am Steg ST3 bzw. an der Welle W2 des Hauptradsatzes HRS sind die Schaltelemente D und E angeschlossen. Der Einzelplanetenradsatz P4 des Hauptradsatzes HRS dessen Steg ST4 mit Hohlrad HO3 und mit der Getriebeausgangswelle 5 verbunden ist, enthält für den Fall einer Standardgetriebebauweise zumindest einen langen Planeten, wobei das mit diesem kämmende Sonnenrad SO4 zur Durchführung der Drehzahl des Steges für den Abtrieb geteilt ist.
Der Steg ST1 des ersten Planetengetriebes P1 kann durch das erste Schaltelement C mit dem Sonnenrad SO3 des ersten Einzelplanetenradsatzes P3 verbunden werden. Das Hohlrad HO1 des ersten Planetengetriebes P1 kann über das zweite Schaltelement B mit dem Sonnenrad SO3 des ersten Einzelplanetenradsatzes P3 lösbar verbindbar sein, wobei die Getriebeeingangswelle 4 über das fünfte Schaltelement A mit einem Sonnenrad SO4 des zweiten Einzelplanetenradsatzes P4 verbindbar ist. Ein Hohlrad HO2 des Planetengetriebes P2 kann mit dem Steg ST3 des Einzelplanetenradsatzes P3 über das vierte Schaltelement E verbunden werden. Weiters kann ein Steg ST4 des zweiten Einzelplanetenradsatzes P4 mit der Getriebeausgangswelle 5 ständig verbunden sein, wobei und das Sonnenrad SO4 des Einzelplanetenradsatzes P4 mittels des sechsten Schaltelementes F fixierbar ist.
Wie 3 weiter zu entnehmen ist, kann eine zweite Elektromaschine EM2, vorzugsweise in Form eines Anlassers oder Starter-Generators, vorgesehen sein, die mit dem Verbrennungsmotor 1 ständig oder über ein hier nicht dargestelltes Schaltelement mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden sein kann.
Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel können die zwei Einzelplanetenradsätze P3, P4 über eine Sonnrad-Hohlrad-Bindung (vierte Welle W4 des Hauptradsatzes) und über eine Steg-Hohlrad-Bindung (zweite Welle W2 des Hauptradsatzes) miteinander gekoppelt sein. Hierbei ist das Sonnenrad SO3 des Einzelplanetenradsatzes P3 geteilt und kämmt mit zumindest einem langen Planeten des Steges ST3 (Welle W2), wodurch der Anschluss der Schaltelemente D und E an den Steg ST3 bzw. die Welle W2 ermöglicht wird. Für den Fall einer Standardgetriebebauweise enthält der Steg ST4 des Einzelplanetenradsatzes P4 dessen Sonnenrad SO4 mit dem Hohlrad HO3 des Einzelplanetenradsatzes P3 verbunden ist zumindest einen langen Planeten, wobei der Einzelplanetenradsatz P4 ein mit dem langen Planeten kämmendes geteiltes Sonnenrad SO4 zur Durchführung der Drehzahl des Steges ST4 für den Abtrieb aufweist.
Wie in 5 und 6 dargestellt, können die beiden Sonnenräder SO3, SO4 der der beiden Einzelplanetenradsätze P3, P4 gekoppelt sein. Wie in 4 gezeigt kann hierbei das Sonnenrad SO3 des Einzelplanetenradsatzes P3 geteilt sein und mit einem langen Planeten des Steges ST3 (Welle W2) kämmen, wodurch der Anschluss der Schaltelemente D und E an den Steg ST3 ermöglicht wird. Wie in 5 und 6 dargestellt erhält der Steg ST4 des Einzelplanetenradsatzes P4 ebenfalls zumindest einen langen Planeten, wobei der Einzelplanetenradsatz P4 ein geteiltes mit dem langen Planeten kämmendes Hohlrad HO4 (Welle W4) in 5, bzw. Sonnenrad SO4 in 6, zur Durchführung der Drehzahl des Steges ST4 (Welle W3) für den Abtrieb aufweist.
Wie dem in 2 dargestellten Schaltschema zu entnehmen ist, erfolgt die Lastschaltung beim verbrennungsmotorischen Fahren über die Elektromaschine EM1. Im Fall eines geschlossenen Schaltelements F (Schaltvorgänge vom ersten in den zweiten und vom zweiten in den dritten Gang) bzw. eines geschlossenen Schaltelements A (beispielsweise beim Schalten vom siebenten in den achten Gang) erfolgt die Lastschaltung im elektromotorischen Betrieb und im Fall eines geschlossenen Schaltelements D (Schaltvorgänge vom dritten in den vierten und vom vierten in den fünften Gang) bzw. E (beispielsweise beim Schalten vom zehnten in den elften Gang) erfolgt die Lastschaltung im elektrogeneratorischen Betrieb, wobei der Verbrennungsmotor 1 bis auf den Fall des geschlossenen Schaltelements F weiterhin unter Last steht.
Ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors 1 ist auch während des rein elektrischen Fahrbetriebs – mit geschlossenem Schaltelement F, welches als Bremse ausgeführt ist – ohne Zugkraftunterbrechung möglich. Der Verbrennungsmotor 1 kann, nach vorheriger Synchronisation in den Gängen eins bis drei sowie in dem Gang, der sich durch Schließen des sechsten Schaltelements F und des zweiten Schaltelements E ergibt, zugkraftunterbrechungsfrei hinzugeschaltet werden.
An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung die Schaltelemente A, B, C, D, E bevorzugt als Klauenkupplungen ausgeführt sind während das Schaltelement F als Klauenbremse ausgebildet ist. Auch können bei allen Ausführungsformen der Erfindung das erste Schaltelement C und das zweite Schaltelement B und/oder das dritte Schaltelement D und das vierte Schaltelement E und/oder das fünfte Schaltelement A und das sechste Schaltelement F 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.
Zum Starten des Verbrennungsmotors 1 während des rein elektrischen Fahrbetriebs kann das Schaltelement F ausgelegt und vorzugsweise, um die Übersetzung des Vorschaltradsatzes VSR auszunutzen, das Schaltelement C oder aber das Schaltelement B nach vorheriger Synchronisation geschlossen werden. Hierauf kann über die Elektromaschine der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden. Anschließend kann nach vorheriger Synchronisation die Klauenbremse F wieder geschlossen werden und im ersten (C und F geschlossen) bzw. zweiten Gang (B und F geschlossen) verbrennungsmotorisch weiter gefahren werden. Selbstverständlich kann auch in allen anderen Gängen, darunter auch in dem nicht in der Schaltlogik aufgeführten Gang (E und F geschlossen) nach entsprechender Synchronisation mit dem Verbrennungsmotor verbrennungsmotorisch weitergefahren werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist ein rein elektrisches Fahren in einem Gang ebenfalls möglich (Vorwärts-/Rückwärtsanfahren). Hier ist die Übersetzung des rein elektrischen Ganges 3,71. Je nach Gesamtübersetzung und Drehzahlgrenze der elektrischen Maschine können Geschwindigkeiten über 50 km/h erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Steuerung
3: elektrischer Energiespeicher
4: Getriebeeingangswelle
5: Getriebeausgangswelle
6: Torsionselement
EM1: erste Elektromaschine
EM2: zweite Elektromaschine
P1: erstes Planetengetriebe
P2: zweites Planetengetriebe
P3: drittes Planetengetriebe
P4: viertes Planetengetriebe
HRS: Hauptradsatz
W1: erste Welle Hauptradsatz
W2: zweite Welle Hauptradsatz
W3: dritte Welle Hauptradsatz
W4: vierte Welle Hauptradsatz
VRS: Vorschaltradsatz
W1VS: erste Welle Vorschaltradsatz
W2VS: zweite Welle Vorschaltradsatz
W3VS: dritte Welle Vorschaltradsatz
W4VS: vierte Welle Vorschaltradsatz
C: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
D: drittes Schaltelement
E: viertes Schaltelement
A: fünftes Schaltelement
F: sechstes Schaltelement
SO1: Sonnenrad des ersten Planetengetriebes
ST1: Steg des ersten Planetengetriebes
HO1: Hohlrad des ersten Planetengetriebes
SO2: Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes
ST2: Steg des zweiten Planetengetriebes
HO2: Hohlrad des zweiten Planetengetriebes
SO3: Sonnenrad des dritten Planetengetriebes
ST3: Steg des dritten Planetengetriebes
HO3: Hohlrad des dritten Planetengetriebes
SO4: Sonnenrad des vierten Planetengetriebes
ST4: Steg des vierten Planetengetriebes
HO4: Hohlrad des vierten Planetengetriebes
L1: erster Leistungspfad
L2: zweiter Leistungspfad
L3: dritter Leistungspfad
i1: erstes Übersetzungsverhältnis
i2: zweites Übersetzungsverhältnis
i3: drittes Übersetzungsverhältnis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012201376 [0002]

Claims

Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle (4) und einer Getriebeausgangswelle (5) und zumindest drei Leistungspfaden (L1, L2, L3) zwischen der Getriebeeingangswelle (4) und einem aus zwei Einzelplanetenradsätzen (P3, P4) bestehenden Hauptradsatz (HRS) mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen (W1, W2, W3, W4), wobei ein erster der Leistungspfade (L1) ein erstes festes Übersetzungsverhältnis (i1), ein zweiter der Leistungspfade (L2) ein zweites festes Übersetzungsverhältnis (i2) und ein dritter der Leistungspfade (L3) ein drittes festes Übersetzungsverhältnis aufweist, wobei das dritte Übersetzungsverhältnis (i3) kleiner ist als das zweite Übersetzungsverhältnis (i2) und das zweite Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das erste Übersetzungsverhältnis (i1), wobei zumindest eine Elektromaschine (EM1) mit der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (W1) über ein erstes Schaltelement (C) mit dem ersten Leistungspfad (L1) und über ein zweites Schaltelement (B) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist, wobei die zweite Welle (W2) über ein drittes Schaltelement (D) mit dem ersten Leistungspfad (L1) und über ein viertes Schaltelement (E) mit dem dritten Leistungspfad (L3) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) ständig mit der Getriebeausgangswelle (5) verbunden ist, wobei die vierte Welle (W4) über ein fünftes Schaltelement (A) mit dem zweiten Leistungspfad (L2) verbindbar ist und über ein sechstes Schaltelement (F) festsetzbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM1) ständig oder zu- und wegschaltbar, direkt oder über ein Getriebe an die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) angebunden ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Eingreifen der sechs Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) zwölf Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei elf der zwölf Vorwärtsgänge lastschaltbar und gruppenschaltungsfrei schaltbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des ersten Schaltelements (C), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des zweiten Schaltelements (B), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des dritten Schaltelements (D), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des zweiten Schaltelements (B), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des ersten Schaltelements (C), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (D) und des fünften Schaltelements (A), der siebente Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements (C) und des fünften Schaltelements (A), der achte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des fünften Schaltelements (A), der neunte Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements (E) und des fünften Schaltelements (A), der zehnte Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (E), der elfte Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements (C) und des vierten Schaltelements (E) und sich ein weiterer Gang durch Schließen des sechsten Schaltelements (F) und des vierten Schaltelements (E) ergibt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungspfad (L1) einen ersten Planetenradsatz (P1) zum Abgeben einer Drehzahl kleiner als die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (4) umfasst, wobei der zweite Leistungspfad (L2) durch die Getriebeeingangswelle (4) gebildet ist, und der dritte Leistungspfad (L3) einen zweiten Planetenradsatz (P2) aufweist, der mit einer seiner drei Wellen mit der Getriebeeingangswelle (4) und mit einer anderen seiner drei Wellen mit einer drehzahlreduzierten Ausgangswelle des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, wobei das vierte Schaltelement (E) an eine Ausgangswelle (W4VS) des zweiten Planetenradsatzes (P2) angebunden ist.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (ST1) des ersten Planetengetriebes (P1) über das dritte Schaltelement (D) mit einem Steg (ST3) eines ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) lösbar verbindbar ist, wobei der Steg (ST3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Hohlrad (HO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und das Hohlrad (HO2) des zweiten Planetengetriebes (P2) mit dem Steg (ST3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) über das vierte Schaltelement (E) lösbar verbindbar ist, und der Steg (ST1) des ersten Planetengetriebes (P1) durch das erste Schaltelement (C) mit dem Sonnenrad (SO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) und das Hohlrad (HO1) des ersten Planetengetriebes (P1) über das zweite Schaltelement (B) mit dem Sonnenrad (SO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) lösbar verbindbar sind, wobei die Getriebeeingangswelle (4) über das fünfte Schaltelement (A) mit einem Sonnenrad (SO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) lösbar verbindbar ist, wobei ein Steg (ST4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebeausgangswelle (5) ständig verbunden ist und das Sonnenrad (SO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) mittels des sechsten Schaltelementes (F) fixierbar ist.
Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (HO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (ST4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei der Steg (ST3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) mit dem Hohlrad (HO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (HO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Sonnenrad (SO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei der Steg (ST3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) mit dem Hohlrad (HO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (SO3) des ersten Einzelplanetenradsatzes (P3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Sonnenrad (SO4) des zweiten Einzelplanetenradsatzes (P4) des Hauptradsatzes verbunden ist.
Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest einen Verbrennungsmotor (1) und zumindest eine Elektromaschine (EM1), dadurch gekennzeichnet, dass er ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.