DE102013225213B4 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug mit einer Getriebe-Eingangswelle (GW1) und einer Getriebe-Ausgangswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS), einem Zusatzradsatz (ZRS), und einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), wobei das Getriebe (G) zumindest einen Leistungspfad (L1, L2, L3) zwischen der Getriebe-Eingangswelle (GW1) und dem Hauptradsatz (HRS) aufweist, wobei der Hauptradsatz (HRS) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1, P2) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad (L1, L2, L3) über zumindest ein Schaltelement (A, B, C, D, E) mit zumindest einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) verbunden ist, wobei der Zusatzradsatz (ZRS) einen Planetenradsatz (P4) mit einer ersten, zweiten und dritten Welle (W1P4, W2P4, W3P4) aufweist, und wobei die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Rotor (R) ständig verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der zweiten oder mit der dritten Welle (W2, W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, wobei die Standgetriebeübersetzungen des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und des ersten und zweiten Planetenradsatzes (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) so gewählt sind, dass die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle (W1) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, einem Hauptradsatz, einem Zusatzradsatz, und einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei das Getriebe zumindest einen Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist, wobei der Hauptradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar ist, wobei die dritte Welle des Hauptradsatzes mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden ist, und wobei der Zusatzradsatz einen Planetenradsatz mit einer ersten, zweiten und dritten Welle aufweist, wobei die erste Welle des Zusatzradsatzes mit dem Rotor verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe.
  • Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine vordefinierte Anzahl an Gängen, also festen Übersetzungsverhältnissen zwischen einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, durch Schaltelemente automatisch schaltbar ist. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um das Drehzahl- und Drehmomentabgabevermögen der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
  • Aus der Patentanmeldung DE 10 2012 201 377 A1 der Anmelderin ist ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle und zwei Leistungspfaden zwischen der Getriebeeingangswelle und einem Hauptradsatz mit zwei Einzelplanetenradsätzen mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen bekannt, wobei die dritte der vier Wellen mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist. Eine Elektromaschine ist über ein Planetengetriebe an der ersten Welle des Hauptradsatzes angebunden.
  • Die Patentanmeldung US 2007 / 0 129 196 A1 beschreibt mehrere elektrisch variable Fahrzeuggetriebe mit drei Planetenradsätzen und zwei elektrischen Maschinen. Die Getriebe zeichnen sich durch einen stufenlosen Betrieb und vier feste Gänge aus.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Einsatzbereich des Getriebes zu verbessern, sodass die elektrische Maschine in jedem Gang dazu in der Lage ist mechanische Leistung von der Getriebe-Ausgangswelle aufzunehmen oder auf diese abzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren ergeben.
  • Das Getriebe umfasst wenigstens eine Getriebe-Eingangswelle und eine Getriebe-Ausgangswelle, einen Hauptradsatz, einen Zusatzradsatz, und eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator.
  • Der Hauptradsatz weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen auf. Der Hauptradsatz ist somit als ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ausgebildet. Der Zusatzradsatz weist einen Planetenradsatz mit insgesamt drei als erste, zweite, und dritte Welle bezeichnete Wellen auf. Die erste Welle des Zusatzradsatzes ist mit dem Rotor ständig verbunden.
  • Unter einem Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist ein Planetengetriebe zu verstehen, das aus zwei über genau zwei Koppelwellen kinematisch miteinander gekoppelten Einzel-Planetenradsätzen gebildet ist und bei dem vier seiner Elemente („Wellen“) für andere Getriebeelemente frei zugänglich sind. Eine Koppelwelle ist dabei als ständige mechanische Verbindung zwischen einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des ersten Einzel-Planetenradsatzes mit einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des zweiten Einzel-Planetenradsatzes definiert. Die Anzahl der Einzel-Planetenradsätze und die Anzahl der freien Wellen sind nicht über das optische Erscheinungsbild des Getriebes definiert, sondern über dessen Kinematik. In jedem Gang eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes müssen zwei der mit Elementen des Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes verbunden Schaltelemente des Getriebes geschlossen sein. Zur graphischen Darstellung der Kinematik des Getriebes wird üblicherweise ein Drehzahlplan des Getriebes verwendet, beispielsweise den aus der Getriebelehre bekannten Kutzbachplan. Bekannte Ausführungsbeispiele für ein solches Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe sind der so genannte Ravigneaux-Radsatz und der so genannte Simpson-Radsatz.
  • Ein reduziertes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist eine Bauform eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes, bei dem ein Element - also ein Sonnenrad, ein Steg oder ein Hohlrad - des Getriebes eingespart ist, da ein anderes Element des Getriebes dessen Aufgabe übernimmt, ohne die Kinematik dadurch zu verändern. Dasjenige Element, welches die Funktion des eingesparten Elementes übernimmt, ist damit gleichzeitig eine der Koppelwellen des Getriebes. Ein bekanntes Ausführungsbeispiel hierfür ist der Ravigneaux-Radsatz, der entweder zwei Sonnenräder und nur ein Hohlrad aufweist oder aber zwei Hohlräder und nur ein Sonnenrad.
  • Über zumindest einen Leistungspfad ist die Getriebe-Eingangswelle über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Leistungspfad über zwei Schaltelemente mit zwei der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen eines der Schaltelemente wird somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem zumindest einen Leistungspfad und einer der vier Wellen des Hauptradsatzes hergestellt, wodurch Drehmoment von der Getriebe-Eingangswelle auf eine der vier Wellen des Hauptradsatzes führbar ist. Unter zumindest einem Leistungspfad ist zu verstehen, dass das Getriebe einen oder mehrere Leistungspfade zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist dabei mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten oder mit der dritten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden, so ist die die vierte Welle des Hauptradsatzes mit der dritten Welle des Zusatzradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden, so ist die vierte Welle des Hauptradsatzes mit der dritten Welle des Zusatzradsatzes ständig verbunden.
  • Durch die verbesserte Anbindung des Rotors an den Hauptradsatz wird erreicht, dass der Rotor der elektrischen Maschine in jedem Gang eine Drehzahl unterschiedlich von Null annimmt, sofern die Drehzahl der Getriebe-Ausgangswelle einen Wert größer oder kleiner als Null aufweist.
  • Die Anbindung des Rotors an den Hauptradsatz wird durch den Zusatzradsatz realisiert. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung der Wellen des Hauptradsatzes zur zweiten und dritten Welle des Zusatzradsatzes wird erreicht, dass der Rotor selbst bei drehfester Festsetzung der ersten Welle des Hauptradsatzes dazu in der Lage ist, eine Drehzahl anzunehmen. Dies ist Vorrausetzung zur Aufnahme und Abgabe von mechanischer Leistung durch die elektrische Maschine. Dadurch wird ermöglicht, dass die elektrische Maschine auch in jenen Gängen dazu imstande ist mechanische Leistung aufzunehmen oder abzugeben, in der die erste Welle des Hauptradsatzes drehfest festgesetzt ist oder keine nennenswerte Drehzahl aufweist. Dies ist insbesondere bei Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug vorteilhaft, da kinetische Energie des Kraftfahrzeugs durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine in jedem Gang des Getriebes rekuperiert werden kann. Ist eine Verbrennungskraftmaschine mit der Getriebe-Eingangswelle verbunden, so kann derart der Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine durch generatorischen oder motorischen Betrieb der elektrischen Maschine in jedem Gang verschoben werden. Das Getriebe ermöglicht damit eine Effizienzsteigerung des Kraftfahrzeugs.
  • Bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug ist die Getriebe-Eingangswelle mit einer Welle eines Antriebsaggregates verbunden oder über eine Kupplung verbindbar, sodass mechanische Leistung des Antriebsaggregats der Getriebe-Eingangswelle zuführbar ist. Das Antriebsaggregat kann sowohl als Verbrennungskraftmaschine als auch als elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Getriebe-Ausgangswelle dient als Schnittstelle zur Übertragung mechanischer Leistung zu den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.
  • Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
  • Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Nachfolgend beschreibt ein Minus-Radsatz einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert.
  • Sowohl Sonnenrad als auch Hohlrad eines Planetenradsatzes können auch in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Planetenräder mit zwei Sonnenräder kämmen, welche nicht miteinander verbunden sind. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Segmenten des Sonnenrads identisch, so als ob sie miteinander verbunden wären.
  • Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
  • Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg.. Da sich bei einem Minus-Radsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minus-Radsatz stets einen negativen Wert an.
  • Im Drehzahlplan sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse der einzelnen Wellen aufgetragen. Die horizontalen Abstände zwischen den Wellen ergeben sich aus den Übersetzungsverhältnissen zwischen den Wellen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse und Drehmomentverhältnisse der Wellen durch eine Gerade verbinden lassen. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Wellen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze. Der Drehzahlplan ist beispielsweise in Form eines Kutzbachplans darstellbar.
  • Vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die größte Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die kleiner oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang.
  • Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
  • Die Drehzahlen der vier Wellen sind dann gleich, wenn von den Elementen Hohlrad, Steg und Sonne eines der Planetenradsätze zwei dieser Elemente miteinander verbunden sind.
  • Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
  • Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert. Die Schaltelemente sind in der gegenständlichen Erfindung bevorzugt als Klauen-Schaltelemente ausgeführt, welche die Verbindung durch Formschluss herstellen.
  • Zwei Elemente werden insbesondere dann als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Derart verbundene Elemente drehen mit der gleichen Drehzahl. Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle beziehungsweise über ein geschlossenes Schaltelement oder ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung, miteinander verbunden sein.
  • Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
  • Ein Schaltvorgang wird durch Schließen eines zuvor nicht im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes und Öffnen eines zuvor im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes bewirkt. Der Schaltvorgang kann auch unter Last, das heißt ohne vollständige Zurücknahme des Drehmoments an der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle vorgenommen werden. Ein derartiger Schaltvorgang wird im Folgenden als Lastschaltung bezeichnet. Eine Voraussetzung für die Lastschaltung bei der Verwendung von Klauen-Schaltelementen ist, dass das zu lösende Schaltelement vor dem Lösen in einen zumindest nahezu lastlosen Zustand geführt wird. Die Führung in den nahezu lastlosen Zustand wird dadurch erreicht, dass das Schaltelement weitgehend drehmomentfrei gestellt wird, sodass über das Schaltelement kein oder nur ein geringes Drehmoment übertragen wird. Dazu wird durch die elektrische Maschine ein Drehmoment auf jene Welle aufgebracht, mit der das zu lösende Schaltelement eine Verbindung herstellt.
  • Vorzugsweise ist die Anbindung des Rotors an den Hauptradsatz so gewählt, dass das Übersetzungsverhältnis von zweiter bis vierter Welle des Hauptradsatzes zum Rotor kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis von zweiter bis vierter Welle des Hauptradsatzes zur ersten Welle des Hauptradsatzes. In anderen Worten ist die Anbindung des Rotors an den Hauptradsatz so gewählt, dass der Rotor im Drehzahlplan zwischen der ersten und zweiten Welle des Hauptradsatzes liegt. Die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze sind dazu entsprechend auszuwählen.
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführung zu einer Auslegung der Standgetriebeübersetzungen dargelegt. Beispielhaft ist ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes Bestandteil der ersten Welle des Hauptradsatzes. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein Steg des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der dritten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes sei beispielhaft Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Alle Planetenradsätze seien als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Ist in dieser beispielhaften Ausführung die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden, und ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so befindet sich der Rotor im Drehzahlplan nur dann zwischen der ersten und zweiten Welle des Hauptradsatzes, wenn der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes kleiner ist als der Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes.
  • Ist in dieser beispielhaften Ausführung die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, und ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der vierten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die Lage des Rotors im Drehzahlplan abhängig von der Standgetriebeübersetzung des Zusatzradsatzes und von den Standgetriebeübersetzungen der beiden Planentenradsätze des Hauptradsatzes. Der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes muss dabei kleiner sein als der um den Wert Eins erhöhte Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes, wobei diese Summe durch den Betrag der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes geteilt werden muss.
  • Vorzugsweise rotieren drei der vier Wellen des Hauptradsatzes in die gleiche Drehrichtung wie die Getriebe-Ausgangswelle. Die verbleibende Welle der vier Wellen des Hauptradsatzes dreht dabei entweder in die gleiche Richtung wie die anderen Wellen des Hauptradsatzes oder weist keine Drehrichtung auf, indem die verbleibende Welle schaltbar drehfest festgesetzt ist. In anderen Worten drehen alle vier Wellen des Hauptradsatzes in die gleiche Drehrichtung, außer eine der vier Wellen ist durch ein Schaltelement festgesetzt und weist somit keine Drehzahl, und damit keine Drehrichtung auf. Es kommt somit zu keinem Drehrichtungsunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes.
  • Ist die Anbindung des Rotors an den Hauptradsatz nun so gewählt, dass der Rotor im Drehzahlplan zwischen der ersten und der zweiten Welle des Hauptradsatzes liegt, so kommt es auch zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes und dem Rotor zu keiner Drehrichtungsumkehr. Der Rotor wird somit mit Ausnahme eines durch Rückwärtsdrehen des Rotors realisierten Rückwärtsgangs stets mit einer Drehzahl größer Null betrieben. Da elektrische Maschinen in der Regel über die Rotordrehzahl gesteuert oder geregelt sind, stellt ein Null-Durchgang der Drehzahl bei einem dynamischen Drehrichtungswechsel einen erheblichen Mehraufwand in dessen Steuerung, bzw. Regelung dar. Durch die bevorzugt gewählten Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze wird sichergestellt, dass der Rotor in jedem Betriebspunkt der Vorwärtsgänge keine Drehrichtungsumkehr erfährt.
  • Vorzugsweise ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Im Falle, dass der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ist ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist.
  • Die Zuordnung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes zum Hauptradsatz kann aber auch gespiegelt erfolgen, indem das Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist. Ist dabei der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet, so ist der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes ist.
  • Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Verwendung eines Plus-Radsatzes der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins erhöht werden muss um die gleiche Übersetzungswirkung zu erzielen wie bei einem Minus-Radsatz.
  • Durch diese Zuordnung der Elemente des Zusatzradsatzes zu den drei Wellen des Zusatzradsatzes wird zusammen mit der erfindungsgemäßen Zuordnung dieser drei Wellen zu den vier Wellen des Hauptradsatzes erreicht, dass die erste Welle des Zusatzradsatzes im Drehzahlplan stets zwischen der ersten und zweiten Welle des Hauptradsatzes angeordnet ist, sofern die oben beispielhaft beschriebene Abhängigkeit der Standgetriebeübersetzungen beachtet wird. Durch die Vielzahl an gebotenen Möglichkeiten der Anbindung zwischen Rotor, Zusatzradsatz und Hauptradsatz ist die Erfindung daher besonders einfach an verschiedene Getriebevarianten und zur Verfügung stehenden Bauraum-Verhältnissen anpassbar.
  • Die Reihenfolge der vier Wellen des Hauptradsatzes im Drehzahlplan ist abhängig von der Art und Weise, welche Wellen welchen Bestandteilen des ersten und zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes zugeordnet sind, und welche der vier Wellen miteinander verbunden sind. Im Stand der Technik sind Beispiele dazu bekannt, jedoch haben sich bestimmte Varianten als besonders vorteilhaft für die Umsetzung in einem Getriebe hervorgetan. Diese sind insbesondere wegen einer geometrisch günstigen Anordnung, wegen einer verringerten Bauteilbelastung sowie wegen einer verbesserten Zugänglichkeit zu Schaltelementen vorteilhaft.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Variante ist die erste Welle des Hauptradsatzes mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Steg des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Gemäß einer zweiten bevorzugten Variante ist die erste Welle des Hauptradsatzes mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Variante ist erste Welle des Hauptradsatzes mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Gemäß einer vierten bevorzugten Variante ist erste Welle des Hauptradsatzes mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes und mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet. Diese Variante zeichnet sich durch eine besonders günstige Bauteilbelastung aus.
  • Das Getriebe kann vorzugsweise Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf. Die Verbrennungskraftmaschine ist entweder direkt oder über eine Kupplung mit der Getriebe-Eingangswelle des Getriebes verbunden, bzw. verbindbar. Das Kraftfahrzeug kann dabei sowohl durch die Verbrennungskraftmaschine als auch durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben werden. Optional weist das Getriebe dazu eine Zusatz-Elektromaschine auf, die dazu eingerichtet ist über ihren Rotor ein Drehmoment auf die Getriebe-Eingangswelle abzugeben und derart die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels der Zusatz-Elektromaschine gestartet werden kann, ohne Einfluss auf einen zeitgleichen elektrischen Fahrbetrieb zu nehmen, in dem das Kraftfahrzeug allein durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben wird.
  • Die elektrische Maschine ist dabei mit einem Umformer verbunden, über den die elektrische Maschine mit einem Energiespeicher verbunden ist. Dazu ist jede Form von Energiespeicher geeignet, insbesondere elektrochemische, elektrostatische, hydraulische und mechanische Energiespeicher.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Getriebe auch Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs sein. Ein Elektrofahrzeug wird dabei allein durch eine oder mehrere Elektromaschinen angetrieben, und weist dementsprechend keine Verbrennungskraftmaschine auf. An der Getriebe-Eingangswelle ist in diesem Fall eine Traktions-Elektromaschine angebunden. Durch die verschiedenen Übersetzungsstufen des Getriebes kann die Traktions-Elektromaschine dabei stets in einem Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden, wodurch die Energieeffizienz des gesamten Elektrofahrzeugs verbessert wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
    • 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer nichterfindungsgemäßen ersten Ausführungsform.
    • 2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes entsprechend der ersten Ausführungsform.
    • 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes entsprechend der ersten Ausführungsform.
    • 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer erfindungsgemäßen zweiten Ausführungsform.
    • 5 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes entsprechend der zweiten Ausführungsform.
    • 6 zeigt ein Schaltschema des Getriebes entsprechend der zweiten Ausführungsform.
    • 7 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer erfindungsgemäßen dritten Ausführungsform.
    • 8 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes entsprechend der dritten Ausführungsform.
    • 9 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
  • 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.
  • 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend einer ersten Ausführungsform. Das Getriebe G weist einen Vorschaltradsatz VRS, einen Zusatzradsatz ZRS und einen Hauptradsatz HRS auf. Der Vorschaltradsatz VRS weist einen ersten Planetenradsatz P3 auf und der Zusatzradsatz ZRS weist einen Planetenradsatz P4 auf, während der Hauptradsatz HRS einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2 aufweist. Sämtliche Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 sind als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Die Darstellung des Getriebes G zeigt im Wesentlichen die verbindbaren und verbundenen Elemente des Getriebes G. Durch die in der Darstellung des Getriebes G gewählten Abstände kann nicht auf die Übersetzungsverhältnisse rückgeschlossen werden.
  • Eine Getriebe-Eingangswelle GW1 ist mit einem Sonnenrad So-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden, während ein Hohlrad Ho-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS drehfest mit einem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfest fixierten Bauelement des Getriebes G verbunden ist. Derart wird ein erster und ein zweiter Leistungspfad L1, L2 gebildet, wobei sowohl durch den ersten Leistungspfad L1 als auch durch den zweiten Leistungspfad L2 Leistung von der Getriebe-Eingangswelle GW1 zum Hauptradsatz HRS übertragen werden kann. Der zweite Leistungspfad L2 leitet dabei eine im Vergleich zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 veränderte Drehzahl an den Hauptradsatz HRS weiter, indem die Drehzahl an der Getriebeeingangswelle GW1 durch die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad So-P3 und einem Steg St-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS übersetzt wird. Der erste Leistungspfad L1 leitet die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ohne Übersetzung an den Hauptradsatz HRS weiter. Das Sonnenrad So-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist dabei Bestandteil einer ersten Welle W1 VS des Vorschaltradsatzes VRS, welche mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden ist. Der Steg St-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil einer zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS. Jenes Bauelement, an dem sich das Hohlrad Ho-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS abstützt, wird im Folgenden als dritte Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS bezeichnet.
  • Eine erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Sonnenrad So-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Steg St-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und einem Hohlrad Ho-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Hohlrad Ho-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem Steg St-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Durch diese Anordnung und Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 des Hauptradsatzes HRS wird die Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS im Drehzahlplan bestimmt, wobei die Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle W1, W2, W3, W4 deren Reihenfolge im Drehzahlplan entspricht. Die dritte Welle W3 ist mit der Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden. Alternativ dazu kann die dritte Welle W3 auch über ein zusätzliches Übersetzungsgetriebe mit der Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden sein. Das Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS weist dabei zwei voneinander getrennte Teile auf. Dies ermöglicht die Verbindung der Getriebe-Ausgangswelle GW2 mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS, welche zwischen den beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 angeordnet ist. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 gleich. Infolgedessen werden im Folgenden beide Teile des Sonnenrads So-P2 als Bestandteil derselben Welle, konkret der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS bezeichnet. In einer alternativen, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Ausführungsform kann das Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS auch einteilig ausgeführt sein, beispielsweise für den Fall einer Verwendung im Kraftfahrzeug als Getriebe für eine quer zur Fahrtrichtung angeordneten Verbrennungskraftmaschine, wobei das Getriebe einen achsparallelen Abtrieb aufweist.
  • Der erste Leistungspfad L1 ist über ein erstes Schaltelement A mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS und über ein zweites Schaltelement E mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der zweite Leistungspfad L2 ist über ein drittes Schaltelement B mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS und über ein viertes Schaltelement D mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist durch ein fünftes Schaltelement C mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbindbar, sodass die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS bei geschlossenem fünftem Schaltelement C keine Drehzahl annehmen kann. Die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist in gleicher Weise durch ein sechstes Schaltelement F drehfest festsetzbar, indem die vierte Welle W4 durch das sechste Schaltelement F mit dem Getriebegehäuse GG verbunden wird.
  • In der ersten Ausführungsform sind jeweils zwei Schaltelemente durch eine doppeltwirkende Schalteinrichtung betätigbar. Zweites und viertes Schaltelement E, D sind über eine erste Schalteinrichtung betätigbar. Drittes und fünftes Schaltelement B, C sind über eine zweite Schalteinrichtung betätigbar. Erstes und sechstes Schaltelement A, F sind über eine dritte Schalteinrichtung betätigbar. Jeder der drei Schalteinrichtungen kann dabei drei Zustände einnehmen. In einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung befindet sich das erste der Schalteinrichtung zugeordnete Schaltelement in einer Geschlossen-Stellung, während das zweite der Schalteinrichtung zugeordnete Schaltelement eine Offen-Stellung einnimmt. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung befindet sich das zweite der Schalteinrichtung zugeordnete Schaltelement in einer Geschlossen-Stellung, während das erste der Schalteinrichtung zugeordnete Schaltelement eine Offen-Stellung einnimmt. In einem dritten Schaltzustand nehmen beide der Schalteinrichtung zugeordneten Schaltelemente die Offen-Stellung ein. Durch die Ausgestaltung des Hauptradsatzes HRS und die Anbindung des Hauptradsatzes HRS an die elektrische Maschine EM wird diese Zuordnung der insgesamt sechs Schaltelemente A, B, C, D, E, F zu lediglich drei Schalteinrichtungen ermöglicht. Auch diese verringerte Anzahl der Schalteinrichtungen trägt zur Reduktion der Komplexität des Getriebes G bei.
  • Das Getriebe G weist eine elektrische Maschine EM auf, wobei ein Stator S drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist, sodass der Stator S keine Drehzahl annehmen kann. Ein drehbar gelagerter Rotor R ist mit einem Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS verbunden. Das Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist dabei Bestandteil einer ersten Welle W1 P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Ein Steg St-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil einer zweiten Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Ein Hohlrad Ho-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil einer dritten Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden.
  • In der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist demnach die erste Welle W1P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit dem Rotor R verbunden, während die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden ist. Die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Alternativ dazu könnte die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS anstatt mit der dritten Welle W3 mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden sein. Gemäß einer weiteren Alternative könnte die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden sein, wobei in diesem Fall die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden ist. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Alternativen der ersten Ausführungsform jedoch nicht in separaten Figuren dargestellt.
  • 2 zeigt einen Drehzahlplan der ersten Ausführungsform des Getriebes G, während in 3 ein Schaltschema der ersten Ausführungsform des Getriebes G dargestellt ist. In 2 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS und des Rotors R im Verhältnis zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 aufgetragen. Die maximal auftretende Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ist auf den Wert Eins normiert. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS und dem Rotor R ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 des Hauptradsatzes HRS und der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich durch eine Gerade verbinden.
  • Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz VRS über den ersten oder zweiten Leistungspfad L1, L2 zum Hauptradsatz HRS besser zu verdeutlichen. Der dabei im Drehzahlplan gewählte horizontale Abstand zwischen den verbundenen Wellen ist willkürlich. Die Übersetzung zwischen derart verbundenen Wellen beträgt selbstverständlich den Wert Eins, unabhängig vom im Drehzahlplan gewählten horizontalen Abstand.
  • Werden von Hohlrad, Steg und Sonne eines Planetenradsatz zwei dieser Elemente miteinander verbunden, so rotieren Hohlrad, Steg und Sonne dieses Planetenradsatzes mit derselben Drehzahl. In diesem Zustand nimmt die Übersetzung zwischen den genannten Elementen den Wert Eins an. Der Übersichtlichkeit halber wird die horizontale Anordnung der mit diesen Elementen verbundenen Wellen im Drehzahlplan nicht verschoben. Infolgedessen ist dieser Zustand im Drehzahlplan durch eine horizontale Gerade zu erkennen, die die beteiligten Wellen miteinander verbindet.
  • Durch das Schaltschema in 3 und dem Drehzahlplan in 2 wird die Funktionsweise des Getriebes G deutlich. Die geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E, F sind in 3 durch Kreise gekennzeichnet. 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 G derart eine Spreizung von 10,1 aufweist. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P1, P2, P3, P4. Bei sequentieller Schaltweise können Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Die Gänge des Getriebes G sind in den verschiedenen Zeilen des Schaltschemas dargestellt. In einer Spalte des Schaltschemas ist des Weiteren angegeben, ob die elektrische Maschine EM in dem betreffenden Gang in der Lage ist, mechanische Leistung auf die Getriebe-Ausgangswelle GW2 abzugeben oder von dieser aufzunehmen.
  • Ein erster Vorwärtsgang 1 VM zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements B und des sechsten Schaltelements F, ein zweiter Vorwärtsgang 2VM durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F, ein dritter Vorwärtsgang 3VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D, ein vierter Vorwärtsgang 4VM durch Schließen des vierten Schaltelements D und des ersten Schaltelements A, ein fünfter Vorwärtsgang 5VM durch Schließen des dritten Schaltelementes B und des ersten Schaltelements A, ein sechster Vorwärtsgang 6VM durch Schließen des zweiten Schaltelements E und des ersten Schaltelements A, ein siebenter Vorwärtsgang 7VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des zweiten Schaltelements E, und ein achter Vorwärtsgang 8VM durch Schließen des fünften Schaltelements C und des zweiten Schaltelements E.
  • Im Folgenden wird beispielhaft ein Lastschaltvorgang beschrieben. Im zweiten Vorwärtsgang bilden die zweite und die vierte Welle W2, W4 des Hauptradsatzes HRS je eine Differenzwelle, während die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS eine Summenwelle darstellt. Bei einem Schaltvorgang vom zweiten Vorwärtsgang 2VM in den dritten Vorwärtsgang 3VM bleibt das vierte Schaltelement D geschlossen. Das sechste Schaltelement F wird geöffnet, anschließend wird das dritte Schaltelement B geschlossen. Ist das sechste Schaltelement F als Klauen-Schaltelement ausgebildet, so muss das sechste Schaltelement F vor dem Öffnen weitgehend drehmomentfrei gestellt werden, sodass das sechste Schaltelement F kein oder nur mehr ein geringes Drehmoment überträgt. Diese Lastfreistellung des sechsten Schaltelements F wird durch ein generatorisches Moment der elektrischen Maschine EM bewirkt. Dabei bleibt zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS anliegenden Drehmoments erhalten, wodurch es an der Getriebe-Ausgangswelle GW2 zu keinem vollständigen Drehmomenteinbruch kommt. Ist das sechste Schaltelement F geöffnet, so wird die zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS zur Summenwelle, während die erste Welle W1 P4 des Zusatzradsatzes ZRS und die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS je eine Differenzwelle bilden. Durch die elektrische Maschine EM wird nun ein generatorisches Drehmoment aufgebracht, um eine Drehzahlsynchronisation zwischen der zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS und der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS zu erreichen. Dadurch wird ein Schließen des dritten Schaltelements B ermöglicht, wobei zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS anliegenden Drehmoments erhalten bleibt. Ist das dritte Schaltelement B geschlossen, so wird die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS zur Differenzwelle, der Schaltvorgang ist damit abgeschlossen. Dadurch wird erreicht, dass während des Schaltvorgangs ein Teil des Leistungsflusses von Getriebe-Eingangswelle GW1 zur Getriebe-Ausgangswelle GW2 aufrechterhalten werden kann. Diese Wirkungsweise gilt für alle Ausführungsformen.
  • In einem elektrischen Gang 1 EM wird Drehmoment allein von der elektrischen Maschine EM zur Getriebe-Ausgangswelle GW2 übertragen, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement A, E, B, D geöffnet ist und somit keine drehmomentführende Verbindung zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 besteht. Das sechste Schaltelement F ist geschlossen. Der elektrische Gang 1 EM dient auch als Rückwärtsgang, in dem die elektrische Maschine EM so angesteuert wird, dass der Rotor R eine negative Drehzahl, also eine Rückwärtsrotation annimmt. Auf einen separaten Rückwärtsgang kann somit verzichtet werden.
  • In einem ersten und zweiten Startmodus 1S, 2S wird der Getriebe-Eingangswelle GW1 Drehmoment zugeführt, wobei je nach Stellung des sechsten Schaltelements F Drehmoment ausschließlich von der elektrischen Maschine EM oder auch von der Getriebe-Ausgangswelle GW2 der Getriebe-Eingangswelle GW1 zuführbar ist. Ist das sechste Schaltelement F geschlossen, und gibt die elektrische Maschine EM kein Moment ab, so kann der Getriebe-Eingangswelle GW1 Drehmoment auch ausschließlich von der Getriebe-Ausgangswelle GW2 zugeführt werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeug relevant, um derart eine an der Getriebe-Eingangswelle GW1 angebundene Verbrennungskraftmaschine VKM zu starten. Ist dabei das sechste Schaltelement F geöffnet, so muss die Getriebe-Ausgangswelle GW2 durch eine Feststellbremse drehfest festgesetzt sein.
  • 4 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des Getriebes G. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform sind dem Hauptradsatz HRS in der zweiten Ausführungsform der erste Planetenradsatz P3 des Vorschaltradsatzes VRS und ein zweiter Planetenradsatz P5 des Vorschaltradsatzes VRS vorgeschaltet. Der Vorschaltradsatz VRS weist vier als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen W1 VS, W2VS, W3VS und W4VS auf. Der erste Leistungspfad L1 führt über die zweite Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS, welche mit dem Steg St-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden ist. Das Sonnenrad So-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil der ersten Welle W1 VS des Vorschaltradsatzes VRS und ist drehfest festgesetzt, während das Hohlrad Ho-P3des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden ist. Die dritte Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS ist mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden, und ist zudem Bestandteil des zweiten Leistungspfads L2. Ein dritter Leistungspfad L3 führt über die vierte Welle W4VS des Vorschaltradsatzes VRS, wobei ein Hohlrad Ho-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5 des Vorschaltradsatzes VRS Bestandteil der vierten Welle W4VS des Vorschaltradsatzes VRS ist. Ein Steg St-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5 des Vorschaltradsatzes VRS ist dabei mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden. Ein Sonnenrad So-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5 des Vorschaltradsatzes VRS ist dabei mit der zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS verbunden. Der erste Leistungspfad L1 ist über das vierte Schaltelement D mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS und über das fünfte Schaltelement C mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der zweite Leistungspfad L2 ist über das erste Schaltelement A mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS und über das dritte Schaltelement B mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der dritte Leistungspfad L3 ist über das zweite Schaltelement E mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Durch das sechste Schaltelement F ist die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS drehfest festsetzbar.
  • Der Hauptradsatz HRS ist in 4 folgendermaßen aufgebaut: die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Sonnenrad So-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Steg St-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit dem Hohlrad Ho-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Steg St-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit dem Hohlrad Ho-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden.
  • Das Getriebe G weist in der zweiten Ausführungsform ebenso eine elektrische Maschine EM auf, wobei der Stator S drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist, sodass der Stator S keine Drehzahl annehmen kann. Der drehbar gelagerte Rotor R ist mit dem Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS verbunden. Das Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist dabei Bestandteil der ersten Welle W1 P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Der Steg St-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil der zweiten Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Das Hohlrad Ho-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil der dritten Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden.
  • In der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform ist demnach die erste Welle W1P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit dem Rotor R verbunden, während die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden ist. Die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Alternativ dazu könnte die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS anstatt mit der dritten Welle W3 mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden sein. In diesem Fall ist die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Alternativen der zweiten Ausführungsform jedoch nicht in separaten Figuren dargestellt.
  • 5 zeigt einen Drehzahlplan der zweiten Ausführungsform des Getriebes G, während in 6 ein Schaltschema der zweiten Ausführungsform des Getriebes G dargestellt ist. Die Art und Weise der Darstellung ist ident zur Darstellung der ersten Ausführungsform.
  • Die vier Wellen W1VS, W2VS, W3VS, W4VS des Vorschaltradsatzes VRS sind ebenfalls im Drehzahlplan dargestellt. Ist eines der Schaltelemente A, B, C, D, E geschlossen, so wird über das geschlossene Schaltelement A, B, C, D, E eine drehmomentführende Verbindung zwischen einem Leistungspfad L1, L2, L3 und einer der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS hergestellt. Aus dem Drehzahlplan wird dabei ersichtlich, dass der erste und dritte Leistungspfade L1, L3 eine Übersetzung ausgehend von der dritten Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS erfährt, wobei die dritte Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden ist. Über den ersten Leistungspfad L1 wird die Drehzahl im Verhältnis zur Getriebe-Eingangswelle GW1 reduziert, während über den dritten Leistungspfad L3 die Drehzahl im Verhältnis zur Getriebe-Eingangswelle GW1 erhöht wird. Im zweiten Leistungspfad L2 wird die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ohne Übersetzung direkt auf die erste oder vierte Welle W1, W4 des Hauptradsatzes HRS geleitet.
  • Durch das Schaltschema in 6 und dem Drehzahlplan in 5 wird die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform des Getriebes G deutlich. Die geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E, F sind in 6 durch Kreise gekennzeichnet. 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 G derart eine Spreizung von 11,0 aufweist. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P1, P2, P3, P4, P5. Die Gänge des Getriebes G sind in den verschiedenen Zeilen des Schaltschemas dargestellt. Die Art und Weise der Darstellung ist ident zur Darstellung der ersten Ausführungsform.
  • Der erste Vorwärtsgang 1 VM zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 ergibt sich durch Schließen des fünften Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F, der zweite Vorwärtsgang 2VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des sechsten Schaltelements F, der dritte Vorwärtsgang 3VM durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F, der vierte Vorwärtsgang 4VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D, der fünfte Vorwärtsgang 5VM durch Schließen des fünften Schaltelements C und des vierten Schaltelements D, der sechste Vorwärtsgang 6VM durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D, der siebente Vorwärtsgang 7VM durch Schließen des fünften Schaltelements C und des ersten Schaltelements A, der achte Vorwärtsgang 8VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des ersten Schaltelements A, ein neunter Vorwärtsgang 9VM durch Schließen des zweiten Schaltelements E und des ersten Schaltelements A, ein zehnter Vorwärtsgang 10VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des zweiten Schaltelements E, und ein elfter Vorwärtsgang 11VM durch Schließen des fünften Schaltelements C und des zweiten Schaltelements E.
  • In einem elektrischen Gang 1EM wird Drehmoment allein von der elektrischen Maschine EM zur Getriebe-Ausgangswelle GW2 übertragen, wobei das erste, zweite, dritte, vierte, und fünfte Schaltelement A, E, B, D, C geöffnet ist und somit keine drehmomentführende Verbindung zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 besteht. Das sechste Schaltelement F ist geschlossen. Der elektrische Gang dient auch als Rückwärtsgang, in dem die elektrische Maschine EM so angesteuert wird, dass der Rotor R eine negative Drehzahl, also eine Rückwärtsrotation annimmt. Auf einen separaten Rückwärtsgang kann somit verzichtet werden.
  • Im ersten und zweiten Startmodus 1S, 2S wird der Getriebe-Eingangswelle GW1 Drehmoment von der elektrischen Maschine EM zugeführt. Im ersten Startmodus 1S sind alle Schaltelemente bis auf das dritte Schaltelement B geöffnet. Der Rotor R der elektrischen Maschine EM wird dadurch direkt mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden. Im zweiten Startmodus 2S sind alle Schaltelemente bis auf das fünfte Schaltelement C geöffnet. Das Drehmoment der elektrischen Maschine EM wird dadurch über den ersten Leistungspfad L1 zur Getriebe-Eingangswelle GW1 geführt. Erster und zweiter Startmodus 1S und 2S sind insbesondere bei der Verwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeug relevant, um derart eine an der Getriebe-Eingangswelle GW1 angebundene Verbrennungskraftmaschine VKM zu starten. Dabei muss die Getriebe-Ausgangswelle GW2 durch eine Feststellbremse drehfest festgesetzt sein.
  • 7 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des Getriebes G. Ähnlich wie in der zweiten Ausführungsform ist dem Hauptradsatz HRS in der dritten Ausführungsform der erste Planetenradsatz P3 des Vorschaltradsatzes VRS und der zweite Planetenradsatz P5 des Vorschaltradsatzes VRS vorgeschaltet. Der Vorschaltradsatz VRS weist vier als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen W1 VS, W2VS, W3VS und W4VS auf. Das Sonnenrad So-P3 des ersten Planetenradsatzes P3des Vorschaltradsatzes VRS und das Sonnenrad So-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5des Vorschaltradsatzes VRS sind miteinander verbunden und drehfest festgesetzt, und bilden dabei einen Bestandteil der ersten Welle W1VS des Vorschaltradsatzes VRS. Das Hohlrad Ho-P3 des ersten Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden und bildet dabei einen Bestandteil der dritten Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS. Der Steg St-P3 des ersten Planetenradsatzes P3des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil der zweiten Welle W2VS und des ersten Leistungspfads L1. Der zweite Leistungspfad L2 führt direkt über die Getriebe-Eingangswelle GW1 zum Hauptradsatz HRS. Der Steg St-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5des Vorschaltradsatzes VRS ist mit der dritten Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS verbunden. Das Hohlrad Ho-P5 des zweiten Planetenradsatzes P5des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil der vierten Welle W4VS des Vorschaltradsatzes VRS und des dritten Leistungspfads L3. Der erste Leistungspfad L1 ist über das vierte Schaltelement D mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS und über das fünfte Schaltelement C mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der zweite Leistungspfad L2 ist über das erste Schaltelement A mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der dritte Leistungspfad L3 ist über das dritte Schaltelement B mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS und über das das zweite Schaltelement E mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Durch das sechste Schaltelement F ist die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS drehfest festsetzbar.
  • Der Hauptradsatz HRS der dritten Ausführungsform ist folgendermaßen aufgebaut: die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Sonnenrad So-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Steg St-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Hohlrad Ho-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Steg St-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist mit dem Hohlrad Ho-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS und mit dem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden.
  • Das Getriebe G weist in der dritten Ausführungsform ebenso eine elektrische Maschine EM auf, wobei der Stator S drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist, sodass der Stator S keine Drehzahl annehmen kann. Der drehbar gelagerte Rotor R ist mit dem Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS verbunden. Das Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist dabei Bestandteil der ersten Welle W1P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Der Steg St-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil der zweiten Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Das Hohlrad Ho-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil der dritten Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden.
  • In der in 7 dargestellten dritten Ausführungsform ist demnach die erste Welle W1P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit dem Rotor R verbunden, während die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden ist. Die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Alternativ dazu könnte die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS anstatt mit der zweiten Welle W2 mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden sein.
  • Der Übersichtlichkeit halber sind diese Alternativen der dritten Ausführungsform jedoch nicht in separaten Figuren dargestellt.
  • 8 zeigt einen Drehzahlplan der dritten Ausführungsform des Getriebes G, Die Art und Weise der Darstellung ist ident zur Darstellung der ersten und zweiten Ausführungsform. Das Schaltschema in 6 gilt auch für die dritte Ausführungsform des Getriebes G. Die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze sind entsprechend anzupassen.
  • Durch das Schaltschema in 6 und dem Drehzahlplan in 8 wird die Funktionsweise der dritten Ausführungsform des Getriebes G deutlich. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P1, P2, P3, P4, P5. In der beispielhaft gezeigten Ausführung weist das Getriebe G derart eine Spreizung von 11,0 auf.
  • 9 zeigt schematisch einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das darin enthaltene Getriebe G entspricht der ersten Ausführungsform des Getriebes G, wobei dies lediglich beispielhaft anzusehen ist. Alternativ kann auch die zweite oder dritte Ausführungsform des Getriebes G, G einen Bestandteil des Hybridantriebsstrangs bilden. Ein drehbarer Rotor R2 einer Zusatz-Elektromaschine SG ist mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden, während der Stator S2 der Zusatz-Elektromaschine SG drehfest am Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder an einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G angebunden ist. Über einen Rotationsschwingungsdämpfer RD ist eine Verbrennungskraftmaschine VKM mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden. Die Getriebe-Ausgangswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG verbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird das Drehmoment, das an der Getriebe-Ausgangswelle GW2 anliegt, auf Räder W des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM wird dem Stator S über einen Wechselrichter INV elektrischer Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter INV elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter INV wandelt dabei die Gleichspannung einer Batterie BAT in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt. Die Zusatz-Elektromaschine SG kann dabei ebenso über den Wechselrichter INV mit elektrischer Leistung versorgt werden. Alternativ dazu kann die Zusatz-Elektromaschine SG auch an eine andere Leistungsversorgung angeschlossen sein, beispielsweise an ein Niederspannungs-Bordnetz des Kraftfahrzeugs.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GW1
    Getriebe-Eingangswelle
    GW2
    Getriebe-Ausgangswelle
    HRS
    Hauptradsatz
    ZRS
    Zusatzradsatz
    VRS
    Vorschaltradsatz
    EM
    Elektrische Maschine
    R
    Rotor der elektrischen Maschine
    S
    Stator der elektrischen Maschine
    SG
    Zusatz-Elektromaschine
    R2
    Rotor der Zusatz-Elektromaschine
    S2
    Stator der Zusatz-Elektromaschine
    RD
    Rotationsschwingungsdämpfer
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    INV
    Wechselrichter
    BAT
    Batterie
    P1
    Erster Planetenradsatz des Hauptradsatzes
    P2
    Zweiter Planetenradsatz des Hauptradsatzes
    P3
    Erster Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
    P4
    Planetenradsatz des Zusatzradsatzes
    P5
    Zweiter Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
    W1
    Erste Welle des Hauptradsatzes
    W2
    Zweite Welle des Hauptradsatzes
    W3
    Dritte Welle des Hauptradsatzes
    W4
    Vierte Welle des Hauptradsatzes
    W1VS
    Erste Welle des Vorschaltradsatzes
    W2VS
    Zweite Welle des Vorschaltradsatzes
    W3VS
    Dritte Welle des Vorschaltradsatzes
    W4VS
    Vierte Welle des Vorschaltradsatzes
    W1P4
    Erste Welle des Zusatzradsatzes
    W2P4
    Zweite Welle des Zusatzradsatzes
    W3P4
    Dritte Welle des Zusatzradsatzes
    A
    Erstes Schaltelement
    E
    Zweites Schaltelement
    B
    Drittes Schaltelement
    D
    Viertes Schaltelement
    C
    Fünftes Schaltelement
    F
    Sechstes Schaltelement
    So-P1
    Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    St-P1
    Steg des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    Ho-P1
    Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    So-P2
    Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    St-P2
    Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    Ho-P2
    Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
    So-P3
    Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    St-P3
    Steg des ersten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    Ho-P3
    Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    So-P4
    Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
    St-P4
    Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
    Ho-P4
    Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
    So-P5
    Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    St-P5
    Steg des zweiten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    Ho-P5
    Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
    L1
    Erster Leistungspfad
    L2
    Zweiter Leistungspfad
    L3
    Dritter Leistungspfad
    1VM-11 VM
    Erster bis elfter Vorwärtsgang
    1EM
    Elektrischer Gang
    1S
    Erster Startmodus
    2S
    Zweiter Startmodus
    AG
    Achsgetriebe
    W
    Rad

Claims (13)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug mit einer Getriebe-Eingangswelle (GW1) und einer Getriebe-Ausgangswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS), einem Zusatzradsatz (ZRS), und einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), wobei das Getriebe (G) zumindest einen Leistungspfad (L1, L2, L3) zwischen der Getriebe-Eingangswelle (GW1) und dem Hauptradsatz (HRS) aufweist, wobei der Hauptradsatz (HRS) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1, P2) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad (L1, L2, L3) über zumindest ein Schaltelement (A, B, C, D, E) mit zumindest einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) verbunden ist, wobei der Zusatzradsatz (ZRS) einen Planetenradsatz (P4) mit einer ersten, zweiten und dritten Welle (W1P4, W2P4, W3P4) aufweist, und wobei die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Rotor (R) ständig verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der zweiten oder mit der dritten Welle (W2, W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, wobei die Standgetriebeübersetzungen des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und des ersten und zweiten Planetenradsatzes (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) so gewählt sind, dass die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle (W1) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) liegt.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und - im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ein Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und ein Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und - im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Plus-Radsatz ausgebildet ist, das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, - im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Minus-Radsatz ausgebildet ist, der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und - im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Plus-Radsatz ausgebildet ist, das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist.
  4. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) und einem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) und mit einem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, und wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit einem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist.
  5. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, und wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist.
  6. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und mit dem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist.
  7. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und mit dem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptrad satzes (HRS) und mit dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, und wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist.
  8. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei das Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und mit dem Rotor (R) verbunden ist, wobei der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) ist, wobei das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS), der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) und der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) ist, wobei das Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) ist, und wobei das Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist.
  9. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei das Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und mit dem Rotor (R) verbunden ist, wobei der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Steg (St-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) und der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, wobei das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist, wobei das Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) ist, und wobei der Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) des Bestandteil der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) und der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) ist.
  10. Getriebe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und erster und zweiter Planetenradsatz (P1, P2) des Hauptradsatzes (HRS) als Minus-Radsätze ausgebildet sind, wobei das Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) Bestandteil der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und mit dem Rotor (R) verbunden ist, wobei der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Hohlrad (Ho-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) und mit dem Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS), der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) und der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) ist, wobei das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit dem Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist, wobei das Sonnenrad (So-P1) des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) ist, und wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes (P1) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist und derart Bestandteil der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) ist.
  11. Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
  12. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang zumindest eine mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) direkt oder über ein Getriebe verbundene Zusatz-Elektromaschine (SG) aufweist, die dazu eingerichtet ist die Verbrennungskraftmaschine (VKM) zu starten, wobei ein Rotor (R2) der Zusatz-Elektromaschine (SG) mit der Getriebe-Eingangswelle (GW1) des Getriebes (G) verbunden ist.
  13. Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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