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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere ein Drei-Gang-Getriebe für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für den Einsatz in einem Antriebsstrang für Elektrofahrzeuge oder in einem Antriebsstrang für Hybridfahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Getriebes sowie einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
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Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine vordefinierte Anzahl an Gängen, also festen Übersetzungsverhältnissen zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang, durch Schaltelemente automatisch schaltbar ist. Bei den Schaltelementen handelt es sich hierbei beispielsweise um Kupplungen und/oder Bremsen.
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Derzeit werden als Antriebssysteme für Elektrofahrzeuge hauptsächlich Ein-Gang-Getriebe, d.h. reine Untersetzungsstufen mit gegenüber einer Eingangsdrehzahl erniedrigter Ausgangsdrehzahl eingesetzt. Bei einem solchen Aufbau muss der Elektroantrieb jedoch den gesamten Drehzahlbereich abdecken, wodurch dessen Gesamtwirkungsgrad deutlich abnimmt. Außerdem ist der realisierbare Drehzahlbereich eher schmal.
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Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, Zwei-Gang-Getriebe als Antriebssysteme für Elektrofahrzeuge zu verwenden. Diese wurden bisher jedoch als konventionelle Handschaltgetriebe mit Schiebemuffe aufgebaut. Wird ein solches Getriebe eingesetzt, so kann die Elektromaschine kleiner dimensioniert werden, wodurch sich ein klarer Kostenvorteil ergibt. Gerade der Aufbau des Getriebes mit Schiebemuffe bedingt jedoch einen Zugkrafteinbruch während der Schaltung. Für automatisierte Triebstränge bedeutet ein solcher Zugkrafteinbruch jedoch eine erhebliche Komforteinbuße, die von Kundenseite bzw. Fahrerseite nicht gewünscht wird.
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Die
DE 10 2010 024 147 A1 offenbart ein Zwei-Gang-Getriebe zur Übertragung eines Antriebsmomentes in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges, vorzugsweise für den Einsatz in einem Antriebsstrang für Elektrofahrzeuge, in einem Antriebsstrang für Hybridfahrzeuge oder in einem Zusatzantriebsstrang für Hybridfahrzeuge, mit dem eine Schaltung ohne Zugkraftunterbrechung bzw. eine Schaltung mit verminderter Zugkraftunterbrechung mit zwei automatisierten und regelbaren Kupplungen durchführbar ist.
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Die
DE 10 2010 061 054 A1 offenbart einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit welchem drei oder mehr feste Übersetzungsverhältnis-Modi realisierbar sind, umfassend einen ersten und einen zweiten Motor-Generator, zwei Einzelplanetenradsätze sowie vier Drehmomentübertragungselemente.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches geringe Gangsprünge bei einer hohen Getriebespreizung aufweist, gleichzeitig bezüglich des benötigten Bauraums optimiert ist und/oder einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Unter einer Getriebespreizung ist der Quotient aus dem Übersetzungsverhältnis des niedrigsten Gangs und dem Übersetzungsverhältnis des höchsten Gangs zu verstehen, wobei der niedrigste Gang das größte Übersetzungsverhältnis und der höchste Gang das geringste Übersetzungsverhältnis aufweist. Bei einem Übersetzungsverhältnis von i < 1,0 erfolgt eine Übersetzung ins Schnelle, das heißt, dass an dem Getriebeausgang eine höhere Drehzahl anliegt als an dem Getriebeeingang.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 bzw. des Patentanspruchs 2 bzw. des Patentanspruchs 3 bzw. des Patentanspruchs 4 bzw. des Patentanspruchs 5 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Das erfindungsgemäße Getriebe weist bei allen fünf vorgeschlagenen Lösungen eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, ein Gehäuse, zumindest zwei Planetenradsätze und zumindest drei Schaltelemente auf, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes bewirkt, sodass zumindest drei Gänge realisierbar sind.
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In der ersten Lösung gemäß Patentanspruch 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle verdrehfest miteinander verbunden sind und eine erste drehbare Welle des Getriebes bilden. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine zweite drehbare Welle des Getriebes. Ein Steg des zweiten Planetenradsatzes bildet eine dritte drehbare Welle des Getriebes. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes bildet eine vierte drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine fünfte drehbare Welle des Getriebes.
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Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die verschiedenen Elemente der Planetenradsätze des Getriebes wird in der ersten Lösung gemäß Patentanspruch 1 erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist und dass das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle und der vierten Welle angeordnet ist. Das dritte Schaltelement ist gemäß der Erfindung im Kraftfluss entweder zwischen der dritten Welle und der vierten Welle, zwischen der vierten Welle und der fünften Welle oder zwischen der dritten Welle und der fünften Welle angeordnet. Durch diese verschiedenen kinematischen Kopplungen der Schaltelemente an die verschiedenen Wellen des Getriebes ergibt sich erfindungsgemäß somit eine ganze Getriebefamilie.
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In der zweiten Lösung gemäß Patentanspruch 2 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle verdrehfest miteinander verbunden sind und eine erste drehbare Welle des Getriebes bilden. Ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine zweite drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes bildet eine dritte drehbare Welle des Getriebes. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine vierte drehbare Welle des Getriebes und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes bildet eine fünfte drehbare Welle des Getriebes.
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Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die verschiedenen Elemente der Planetenradsätze des Getriebes wird in der zweiten Lösung gemäß Patentanspruch 2 erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist und dass das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und der fünften Welle angeordnet ist. Das dritte Schaltelement ist gemäß der Erfindung im Kraftfluss entweder zwischen der zweiten Welle und der fünften Welle, zwischen der vierten Welle und der fünften Welle oder zwischen der zweiten Welle und der vierten Welle angeordnet. Durch diese verschiedenen kinematischen Kopplungen der Schaltelemente an die verschiedenen Wellen des Getriebes ergibt sich erfindungsgemäß somit eine ganze Getriebefamilie.
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In der dritten Lösung gemäß Patentanspruch 3 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Antriebswelle des Getriebes eine erste drehbare Welle des Getriebes bildet. Ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine zweite drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine dritte drehbare Welle des Getriebes. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes bildet eine vierte drehbare Welle des Getriebes und ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine fünfte drehbare Welle des Getriebes.
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Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die verschiedenen Elemente der Planetenradsätze des Getriebes wird in der dritten Lösung gemäß Patentanspruch 3 erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist, dass das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der ersten Welle und der vierten Welle angeordnet ist und dass das dritte Schaltelement im Kraftfluss zwischen der ersten Welle und der fünften Welle angeordnet ist.
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In der vierten Lösung gemäß Patentanspruch 4 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle verdrehfest miteinander verbunden sind und eine erste drehbare Welle des Getriebes bilden. Ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine zweite drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes bildet eine dritte drehbare Welle des Getriebes. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine vierte drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes bildet eine fünfte drehbare Welle des Getriebes.
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Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die verschiedenen Elemente der Planetenradsätze des Getriebes wird in der vierten Lösung gemäß Patentanspruch 4 erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist und dass das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und der fünften Welle angeordnet ist. Das dritte Schaltelement ist gemäß der Erfindung im Kraftfluss entweder zwischen der ersten Welle und der fünften Welle, zwischen der vierten Welle und der fünften Welle oder zwischen der ersten Welle und der vierten Welle angeordnet. Durch diese verschiedenen kinematischen Kopplungen der Schaltelemente an die verschiedenen Wellen des Getriebes ergibt sich erfindungsgemäß somit eine ganze Getriebefamilie.
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In der fünften Lösung gemäß Patentanspruch 5 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und die Antriebswelle verdrehfest miteinander verbunden sind und eine erste drehbare Welle des Getriebes bilden. Ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und die Abtriebswelle sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine zweite drehbare Welle des Getriebes. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden eine dritte drehbare Welle des Getriebes. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes bildet eine vierte drehbare Welle des Getriebes und ein Steg des ersten Planetenradsatzes bildet eine fünfte drehbare Welle des Getriebes.
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Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die verschiedenen Elemente der Planetenradsätze des Getriebes wird in der fünften Lösung gemäß Patentanspruch 5 erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das erste Schaltelement im Kraftfluss zwischen der dritten Welle und dem Gehäuse des Getriebes angeordnet ist, dass das zweite Schaltelement im Kraftfluss zwischen der vierten Welle und der fünften Welle angeordnet ist und dass das dritte Schaltelement im Kraftfluss zwischen der ersten Welle und der vierten Welle angeordnet ist.
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Im Folgenden werden weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche für die fünf vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Lösungen gleichermaßen gelten.
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Die Planetenradsätze sind vorzugsweise als sogenannte Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Ein Minus-Planetenradsatz umfasst einen Planetenträger, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, ein Sonnenrad und ein 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 Planetenträger rotiert.
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Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich zu dem beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger 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 Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
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Die Ausbildung der beiden Planetenradsätze der erfindungsgemäßen Getriebe als Minus-Planetenradsätze erweist sich in besonderer Weise als kostengünstige Realisierungsmöglichkeit. Gleichzeitig weist diese Anordnung einen hohen Wirkungsgrad bezüglich des Radsatzes auf. Soweit es die Bindbarkeit zulässt, kann als alternative Ausführungsform zumindest ein Minus-Planetenradsatz in einen Plus-Planetenradsatz umgewandelt werden. Dies erfordert jedoch gleichzeitig, dass die Planetenträger- und die Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung um den Wert 1 erhöht wird. Die Standübersetzung gibt dabei das Übersetzungsverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad an, wenn der Planetenträger feststeht.
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Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes in einem Fahrzeug erreicht wird.
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Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der beiden Planetenradsätze im Gehäuse des Getriebes wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, beide Planetenradsätze koaxial zueinander anzuordnen.
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Die geometrische Lage der einzelnen Planetenradsätze und Schaltelemente ist frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt. Dies bedeutet, dass die einzelnen Elemente beliebig in ihrer Lage in dem Gehäuse verschoben werden können, solange sich die einzelnen Verbindungselemente beziehungsweise Wellen nicht kreuzen. Dies beinhaltet ebenfalls, dass Planetenradsätze radial übereinander oder auch axial hintereinander entlang beispielsweise der Antriebswelle angeordnet sein können. Unter der Bindbarkeit ist zu verstehen, dass bei unterschiedlicher geometrischer Lage, also einer von der gerade beschriebenen Anordnung abweichenden Anordnung der Bauteile, die gleiche Anbindung beziehungsweise Verbindung der Schnittstellen gewährleistet ist, ohne dass sich einzelne Verbindungselemente oder Wellen kreuzen.
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Die Schaltelemente der erfindungsgemäßen Getriebe können jeweils als reibschlüssige Schaltelemente, also als reibschlüssige Kupplungen bzw. als reibschlüssige Bremsen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, Lamellenbremsen oder Bandbremsen, oder als formschlüssige Schaltelemente, also als formschlüssige Kupplungen bzw. als formschlüssige Bremsen, wie beispielsweise als unsynchronisierte oder synchronisierte Klauenkupplungen bzw. Klauenbremsen oder als Konuskupplungen bzw. Konusbremsen ausgebildet sein.
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Darüber hinaus sind die Schaltelemente bevorzugt so angeordnet, dass sie von außen gut zugänglich sind. Von außen gut zugänglich bedeutet im Sinne der Schaltelemente, dass zwischen Gehäuse und Schaltelement keine weiteren Bauteile angeordnet sind, beziehungsweise, dass die Schaltelemente bevorzugt an der Antriebswelle oder an der Abtriebswelle angeordnet sind.
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Kupplungen beschreiben dabei Schaltelemente, welche, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zumindest zwei Bauteilen zulassen oder eine drehfeste Verbindung zur Übertragung einer Last bzw. eines Drehmoments darstellen. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zumindest zweier Bauteile der Kupplung zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen, also eine Differenzdrehzahl vorherrscht. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
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Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
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Unter einer Bremse ist ein Schaltelement zu verstehen, welches auf einer Seite mit einem feststehenden Element, beispielsweise einem Gehäuse, und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element verbunden ist. Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Bremse eine geöffnete Bremse zu verstehen. Dies bedeutet, dass sich das rotierbare Bauteil im Freilauf befindet, das heißt, dass die Bremse bevorzugt keinen Einfluss auf die Drehzahl des rotierbaren Bauteils nimmt. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Bremse erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl des rotierbaren Bauteils bis hin zum Stillstand, das heißt, dass eine Verbindung zwischen rotierbarem Element und feststehendem Element herstellbar ist.
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Grundsätzlich ist auch eine Verwendung von Schaltelementen möglich, die in nicht betätigtem Zustand geschlossen und in betätigtem Zustand geöffnet sind. Dementsprechend sind die Zuordnungen zwischen Funktion und Schaltzustand der oben beschriebenen Schaltzustände in umgekehrter Weise zu verstehen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird zunächst eine Anordnung zugrunde gelegt, in der ein betätigtes Schaltelement geschlossen und ein nicht betätigtes Schaltelement geöffnet ist.
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Dabei können die Schaltelemente beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch betätigbar ausgebildet sein.
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Bevorzugt ist das erste Schaltelement als erste Bremse, das zweite Schaltelement als erste Kupplung und das dritte Schaltelement als zweite Kupplung ausgebildet.
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Insbesondere sind durch die erfindungsgemäßen Getriebe drei Gänge realisierbar, wobei sich der erste Gang durch Schließen des ersten und des zweiten Schaltelementes, der zweite Gang durch Schließen des ersten und des dritten Schaltelementes und der dritte Gang durch Schließen des zweiten und des dritten Schaltelementes ergibt. Pro Gang ist somit lediglich ein nicht betätigtes bzw. ein offenes Schaltelement vorhanden.
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Zur Bildung eines Ganges werden somit jeweils zwei Schaltelemente geschlossen und das weitere Schaltelement geöffnet, wobei ein Gangwechsel in einen benachbarten höheren Gang oder in einem benachbarten niedrigeren Gang jeweils durch Schließen von dem einen zuvor geöffneten Schaltelement und durch Öffnen von einem zuvor geschlossenen Schaltelement erfolgt.
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In Abhängigkeit der Drehrichtung der Antriebswelle des Getriebes sind der erste Gang, der zweite Gang und der dritte Gang der Getriebe als Vorwärtsgänge oder als Rückwärtsgänge darstellbar. Somit können die Gänge der Getriebe bei einer ersten Drehrichtung der Antriebswelle als Vorwärtsgänge genutzt werden, während durch eine zur ersten Drehrichtung umgekehrten zweiten Drehrichtung der Antriebswelle die Gänge der Getriebe als Rückwärtsgänge darstellbar sind. Die Schaltelemente und die Schaltzustände der Schaltelemente sind für die Vorwärtsgänge und für die Rückwärtsgänge identisch. Dadurch können separate Getriebebauteile für die Rückwärtsgänge eingespart werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind alle Schaltelemente der erfindungsgemäßen Getriebe als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Die Ausbildung aller Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ermöglicht eine volle Lastschaltbarkeit der erfindungsgemäßen Getriebe, wobei unter voller Lastschaltbarkeit verstanden werden soll, dass zumindest die sequentielle Gangfolge lastschaltbar ausführbar ist und zwar sowohl als Hochschaltung als auch als Rückschaltung und jeweils sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Getriebe sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement formschlüssig ausgebildet und lediglich das dritte Schaltelement ist reibschlüssig ausgebildet. Dadurch kann im Vergleich zur Ausführung, bei der alle Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind, der Bauaufwand der Schaltelemente reduziert werden. Das reibschlüssig ausgebildete Schaltelement ist hierbei bevorzugt das bei einem Gangwechsel von dem ersten Gang in den zweiten Gang zu schließende Schaltelement bzw. das bei einem Gangwechsel von dem zweiten Gang in den ersten Gang zu öffnende Schaltelement, wodurch eine Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang bzw. eine Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang lastschaltbar ausführbar ist.
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Ist lediglich das dritte Schaltelement reibschlüssig ausgebildet, ist es vorteilhaft, den zweiten Gang und den dritten Gang des Getriebes als Hauptfahrgänge auszubilden, da das reibschlüssige Schaltelement im zweiten und im dritten Gang geschlossen ist und somit keine Schleppverluste verursacht, was den Wirkungsgrad verbessert.
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Die Übersetzungen des ersten Ganges und des zweiten Ganges können in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart gewählt werden, dass diese den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs abdecken. Der dritte Gang ist dann als so genannter Schongang bzw. Overdrive ausgebildet, wodurch bei höheren Geschwindigkeiten im dritten Gang geringere Drehzahlen vorherrschen. Eine Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang bzw. eine Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang ist somit im performanten Fahrbetrieb als Lastschaltung durchführbar.
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Im Rahmen einer Weiterbildung kann zwischen zumindest einer Welle des Getriebes und dem Gehäuse des Getriebes oder zwischen zumindest einer Welle des Getriebes und einer anderen Welle des Getriebes ein Freilauf angeordnet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann den erfindungsgemäßen Getrieben ein Planetenradsatz vorgeschaltet sein, welcher zumindest ein Sonnenrad, ein Planetenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad umfasst. Bevorzugt ist der vorgeschaltete Planentenradsatz als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes bildet dann eine sechste Welle des Getriebes, welche mit einer Abtriebswelle eines Antriebsaggregats verdrehfest oder drehelastisch verbunden bzw. verbindbar ist. Das Hohlrad ist bevorzugt als verdrehfestes Element ausgebildet und kann beispielsweise verdrehfest mit dem Gehäuse des Getriebes verbunden sein oder einstückig mit dem Gehäuse des Getriebes gefertigt sein. Der Steg des vorgeschalteten Planetenradsatzes ist bevorzugt mit der ersten Welle des nachgeschalteten Getriebes verbunden. Durch den vorgeschalteten Planetenradsatz kann das Antriebsdrehmoment des Antriebsaggregats entsprechend erhöht werden. Der vorgeschaltete Planetenradsatz kann in einer weiteren Ausführungsform auch als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann das erfindungsgemäße Getriebe als Hauptgetriebe eines Gruppengetriebes ausgebildet sein, bei welchem dem Hauptgetriebe zumindest eine weitere Übersetzungsstufe vor- und/oder nachgeschaltet zugeordnet ist. Eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeschaltete Übersetzungsstufe kann vorzugsweise als Bereichsgruppe ausgeführt sein, während eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vorgeschaltete Übersetzungsstufe vorzugsweise als Splitgruppe ausgeführt sein kann. Durch eine zweistufig ausgeführte Splitgruppe, welche auch als Vorschaltgruppe bezeichnet werden kann, werden die Übersetzungssprünge zwischen den Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes in etwa halbiert und damit die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Übersetzungsstufen verdoppelt. Durch eine zweistufig ausgeführte Bereichsgruppe, welche auch als Nachschaltgruppe bezeichnet werden kann, wird die Spreizung des Gesamtgetriebes deutlich erhöht und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Übersetzungsstufen nochmals verdoppelt. Die vor- bzw. nachgeschaltete Übersetzungsstufe kann dabei beispielsweise als Stirnradpaar oder als Planetenradsatz ausgebildet sein.
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Die Antriebswelle und die Abtriebswelle des Getriebes sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb können jedoch auch derart ausgebildet sein, dass diese beispielsweise achsparallel oder zueinander winklig angeordnet sind. Es ist zudem möglich, dass der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb auf gegenüberliegenden Seiten des Getriebegehäuses oder auf der gleichen Seite des Getriebegehäuses angeordnet sind. Dadurch kann das Getriebe an unterschiedliche Einbausituation angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite des Getriebes ein Achsdifferential, ein Verteilerdifferential und/oder eine Kupplung angeordnet sein.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle des Getriebes, bevorzugt auf der Antriebswelle oder der Abtriebswelle, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
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Ein weiterer Vorteil der hier vorgestellten Getriebe besteht darin, dass auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell zusätzlich eine elektrische Maschine oder eine sonstige Kraft-/Leistungsquelle angeordnet werden kann. Diese zusätzliche elektrische Maschine oder sonstige Kraft-/Leistungsquelle kann beispielsweise zum Synchronisieren von Elementen des Getriebes verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Getriebes sieht zur Realisierung der drei Gänge des Getriebes vor, dass in jedem Gang jeweils zwei Schaltelemente geschlossen werden und das weitere Schaltelement geöffnet wird. Unabhängig davon, ob hydraulisch, pneumatisch, elektromechanisch oder in sonstiger Weise betätigbar, führt dies zu einem geringen Energiebedarf der Schaltelemente, was sich letztendlich vorteilhaft auf den Verbrauch, beispielsweise von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine als Antriebsquelle, des Fahrzeugs auswirkt. Ein Gangwechsel in einen benachbarten höheren Gang oder in einen benachbarten niedrigeren Gang wird jeweils durch Schließen von dem einen zuvor geöffneten Schaltelement und durch Öffnen von einem zuvor geschlossenen Schaltelement realisiert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zumindest eine Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang sowie eine Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang als Lastschaltung ausgeführt. Bei der Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang kann eine Lastübernahme durch ein bei dem Gangwechsel zu schließendes reibschlüssiges Schaltelement derart erfolgen, dass ein bei diesem Gangwechsel zu öffnendes formschlüssig ausgebildetes Schaltelement lastfrei ausgelegt werden kann. Bei der Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang kann eine Last durch ein bei dem Gangwechsel zu öffnendes reibschlüssiges Schaltelement derart aufrechterhalten werden, dass ein bei diesem Gangwechsel zu schließendes formschlüssig ausgebildetes Schaltelement lastfrei eingelegt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schubrückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang als zugkraftunterbrechende Schaltung dann ausgeführt, wenn eine Fahranforderung von Zugbetrieb auf Schubbetrieb wechselt.
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Der erfindungsgemäße Antriebsstrang umfasst neben einem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Getriebe zumindest ein Antriebsaggregat, wobei die Antriebswelle des Getriebes verdrehfest oder drehelastisch mit einer Abtriebswelle des Antriebsaggregats verbunden bzw. verbindbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsaggregat als elektrische Maschine ausgebildet, die sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind der erste Gang, der zweite Gang und der dritte Gang des erfindungsgemäßen Getriebes in Abhängigkeit der Drehrichtung der elektrischen Maschine bzw. der Drehrichtung der Antriebswelle des Getriebes jeweils als Vorwärtsgang oder als Rückwärtsgang darstellbar. Somit können die Gänge des Getriebes bei einer ersten Drehrichtung der elektrischen Maschine als Vorwärtsgänge genutzt werden, während durch eine Ansteuerung der elektrischen Maschine in der zur ersten Drehrichtung umgekehrten zweiten Drehrichtung die Gänge des Getriebes als Rückwärtsgänge genutzt werden. Die Schaltelemente und die Schaltzustände der Schaltelemente sind für die Vorwärtsgänge und für die Rückwärtsgänge identisch. Dadurch können separate Getriebebauteile für die Rückwärtsgänge eingespart werden. Dieser Antriebsstrang ist besonders geeignet für ein Elektrofahrzeug, bei welchem die elektrische Maschine über das Getriebe mit Antriebsrädern des Elektrofahrzeugs verbindbar ist. Zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Differentialgetriebe, wie ein Achsgetriebe angeordnet sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Antriebsstrang als Hybridantriebsstrang ausgebildet und weist zusätzlich zur oben erwähnten elektrischen Maschine eine Brennkraftmaschine auf. Dieser Antriebsstrang ist besonders geeignet für ein Hybridfahrzeug bei welchem sowohl die Brennkraftmaschine als auch die elektrische Maschine über das Getriebe mit den Antriebsrädern des Hybridfahrzeugs verbindbar sind. Zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe kann in herkömmlicher Weise eine steuerbare Reibungskupplung angeordnet sein, durch welche die Triebwelle der Brennkraftmaschine mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden werden kann. Die Reibungskupplung kann als Trenn- und Anfahrkupplung sowie als Synchronisationsmittel bei Schaltvorgängen genutzt werden. Alternativ kann als Anfahrelement zwischen der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes auch ein hydrodynamischer Drehmomentwandler angeordnet sein. Außerdem kann zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs auch hier beispielsweise ein Differentialgetriebe, wie ein Achsgetriebe angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform für ein Getriebe gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lösung,
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2: eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 1,
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3: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 1,
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4: eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 1,
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5: eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform für das Getriebe gemäß 1,
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6: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform für das Getriebe gemäß 1,
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7: ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe gemäß 1,
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8: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform für ein Getriebe gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Lösung,
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9 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 8,
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10: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 8,
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11: eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 8,
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12: eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform für das Getriebe gemäß 8,
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13: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform für das Getriebe gemäß 8,
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14: ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe gemäß 8,
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15: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform für ein Getriebe gemäß der dritten erfindungsgemäßen Lösung,
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16 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 15,
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17: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 15,
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18: eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 15,
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19: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform für das Getriebe gemäß 15,
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20: eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform für ein Getriebe gemäß der vierten erfindungsgemäßen Lösung,
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21: eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 20,
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22: eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 20,
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23: eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform für das Getriebe gemäß 20 und
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24: ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe gemäß der dritten und der vierten erfindungsgemäßen Lösung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lösung. Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle AN, eine Abtriebswelle AB, einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 sowie drei Schaltelemente A, B, C, die alle in einem Gehäuse G des Getriebes angeordnet sind. Beide Planetenradsätze PR1, PR2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die Hohlräder der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 sind mit H1 und H2 bezeichnet, die Sonnenräder mit S1 und S2, die Planetenräder mit P1 und P2 und die Stege, an denen die genannten Planetenräder P1, P2 rotierbar gelagert sind, sind mit ST1 und ST2 bezeichnet. Das Getriebe weist fünf drehbare Wellen auf, die mit den Bezugszeichen 1 bis 5 bezeichnet sind.
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Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist bei dem Getriebe gemäß der ersten erfindungsgemäßen Lösung folgendes vorgesehen:
Das Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und die Antriebswelle AN sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die erste drehbare Welle 1 des Getriebes. Der Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und die Abtriebswelle AB sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die zweite drehbare Welle 2 des Getriebes. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 bildet die dritte drehbare Welle 3 des Getriebes. Das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 bildet die vierte drehbare Welle 4 des Getriebes. Das Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und das Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die fünfte drehbare Welle 5 des Getriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der drei Schaltelemente A, B, C an die so beschriebenen Wellen 1 bis 5 des Getriebes ist bei dem Getriebe gemäß 1 folgendes vorgesehen: Das Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet, das Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle 2 und der vierten Welle 4 angeordnet und das Schaltelement C ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und der vierten Welle 4 angeordnet.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Planetenradsätze PR1, PR2 koaxial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PR1 der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes ist. Die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB des Getriebes sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb sind ebenfalls koaxial zueinander angeordnet. Der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb befinden sich auf sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes. Die geometrische Lage der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 und die räumliche Anordnung der Schaltelemente A, B, C sind jedoch frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
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Die 2 und die 3 zeigen je eine weitere Form der Ausgestaltung des in 1 beschriebenen Getriebes, wobei lediglich auf die Unterschiede zu der in der 1 beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird. Im Unterschied zu der in 1 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 2 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb auf der gleichen Seite des Getriebegehäuses und winklig zueinander angeordnet während in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 3 der Getriebeabtrieb räumlich gesehen in einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz PR1, PR2 und winklig zu dem Getriebeantrieb angeordnet ist.
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Ausgehend von der Überlegung, dass das Schaltelement C im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz PR2 verblockt, sind in den folgenden zwei Ausführungsbeispielen für ein erfindungsgemäßes Getriebe zwei andere Möglichkeiten aufgezeigt, den zweiten Planetenradsatz PR2 mittels des Schaltelements C zu verblocken. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel und 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel, wiederum in vereinfachter schematischer Darstellung, beide basierend auf dem zuvor anhand von 1 im Detail erläuterten ersten Ausführungsbeispiel.
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Das in 4 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Getriebeschema hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 und der fünften Welle 5 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also das Sonnenrad S2 und das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 miteinander. Ein weiterer Unterschied zu dem Getriebe gemäß 1 besteht in der räumlichen Anordnung des Schaltelements C. Bei dem Getriebe gemäß 4 ist das Schaltelement C räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatz PR1 und dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet, dabei axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatz PR2.
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Das in 5 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Getriebe hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und der fünften Welle 5 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also das Sonnenrad S2 und den Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 miteinander. Ein weiterer Unterschied zu dem Getriebe gemäß 1 besteht in der räumlichen Anordnung des Schaltelements C. Bei dem Getriebe gemäß 4 ist das Schaltelement C räumlich gesehen in einem Bereich radial zwischen dem Sonnenrad S2 und dem Steg ST2 des zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet, dabei axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatz PR2.
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Somit kann der zweite Planetenradsatz PR2 in Abhängigkeit der zuvor beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten des Schaltelements C auf drei verschiedene Arten wirkungsgleich verblockt werden.
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Das in 6 schematisch dargestellte Getriebe unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Getriebe dadurch, dass dem Getriebe ein Planetenradsatz PR3 vorgeschaltet ist. Der Planetenradsatz PR3 umfasst ein Sonnenrad S3, ein Planetenrad P3 und ein Hohlrad H3. Das Sonnenrad S3 bildet eine sechste Welle 6, welche mit einer Abtriebswelle eines hier nicht dargestellten Antriebsaggregats, beispielsweise einer elektrischen Maschine, verdrehfest oder drehelastisch verbunden bzw. verbindbar ist. Das Hohlrad H3 ist als verdrehfestes Element ausgebildet und hier verdrehfest mit dem Gehäuse G des Getriebes verbunden. Ein Steg ST3 des Planetenradsatzes PR3 ist mit der Antriebswelle AN des nachgeschalteten Getriebes und somit auch mit dem Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 verdrehfest verbunden. Durch den vorgeschalteten Planetenradsatz PR3, welcher hier als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist, kann eine Erhöhung des Antriebsdrehmoments des Antriebsaggregats erreicht werden.
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7 zeigt in einer Tabelle ein beispielhaftes Schaltschema des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß den 1 bis 6. Über ein X in dem jeweiligen Feld wird kenntlich gemacht, welches der Schaltelemente A, B, C für die Realisierung der einzelnen Gänge geschlossen ist. Der erste Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement B darstellbar. Der zweite Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement C darstellbar. Der dritte Gang ist durch das geschlossene Schaltelement B und das geschlossene Schaltelement C darstellbar.
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Außerdem ist in der Tabelle die Übersetzung der jeweiligen Gänge beispielhaft angegeben, wobei der erste Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,0, der zweite Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,385 und der dritte Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,0 aufweist. Der dritte Gang kann somit also als so genannter Direktgang ausgeführt sein. Übersetzung und Übersetzungsverhältnis sind hier gleichbedeutend.
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Weiter sind der Tabelle gemäß 7 die entsprechenden Gangsprünge der Gänge zu entnehmen. Unter einem Gangsprung ist der Quotient der Übersetzung eines Ganges und eines nächsthöheren Ganges zu verstehen. Dabei weist der Gangsprung von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang einen Wert von φ = 1,444 und der Gangsprung von dem zweiten Gang zu dem dritten Gang einen Wert von φ = 1,385 auf.
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8 zeigt nun in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Lösung. Das Getriebe umfasst wiederum eine Antriebswelle AN, eine Abtriebswelle AB, einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 sowie drei Schaltelemente A, B, C, die alle in einem Gehäuse G des Getriebes angeordnet sind. Beide Planetenradsätze PR1, PR2 sind auch in diesem Ausführungsbeispiel als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die Hohlräder der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 sind mit H1 und H2 bezeichnet, die Sonnenräder mit S1 und S2, die Planetenräder mit P1 und P2 und die Stege, an denen die genannten Planetenräder P1, P2 rotierbar gelagert sind, sind mit ST1 und ST2 bezeichnet. Das Getriebe weist fünf drehbare Wellen auf, die mit den Bezugszeichen 1 bis 5 bezeichnet sind.
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Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist bei dem Getriebe gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Lösung folgendes vorgesehen: Das Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und die Antriebswelle AN sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die erste drehbare Welle 1 des Getriebes. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 und die Abtriebswelle AB sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die zweite drehbare Welle 2 des Getriebes. Das Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 bildet die dritte drehbare Welle 3 des Getriebes. Der Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes PR2 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die vierte drehbare Welle 4 des Getriebes und ein Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 bildet die fünfte drehbare Welle 5 des Getriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der drei Schaltelemente A, B, C an die so beschriebenen Wellen 1 bis 5 des Getriebes ist bei dem Getriebe gemäß 8 folgendes vorgesehen: Das Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet, das Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und der fünften Welle 5 angeordnet und das Schaltelement C ist im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle 2 und der fünften Welle 5 angeordnet.
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In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Planetenradsätze PR1, PR2 koaxial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PR1 der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 der antriebsnahe Radsatz des Getriebes ist. Die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB des Getriebes sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb sind ebenfalls koaxial zueinander angeordnet, wobei die Antriebswelle AN den zweiten Planetenradsatz PR2 in axialer und radialer Richtung vollständig übergreift. Der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb befinden sich auf sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes. Gemäß 8 sind alle drei Schaltelemente A, B, C in axialer Richtung gesehen auf der dem zweiten Planetenradsatz PR2 abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes PR1 angeordnet. Die geometrische Lage der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 und die räumliche Anordnung der Schaltelemente A, B, C sind jedoch frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
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Die 9 und die 10 zeigen je eine weitere Form der Ausgestaltung des in 8 beschriebenen Getriebes, wobei lediglich auf Unterschiede zu der in der 8 beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird.
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Im Unterschied zu der in 8 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 9 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb winklig zueinander angeordnet, wobei der Getriebeantrieb räumlich gesehen axial in einem Bereich unmittelbar neben dem ersten Planetenradsatz PR1 und der Getriebeabtrieb axial unmittelbar neben dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet ist. Der erste Planetenradsatz PR1 ist hier der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 ist der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes. Gemäß 9 ist das Schaltelement B räumlich gesehen in einem Bereich zwischen den beiden Planetenradsätzen PR1, PR2 und das Schaltelement C axial zwischen dem Planetenradsatz PR2 und dem Getriebeabtrieb angeordnet.
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Im Unterschied zu der in 8 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 10 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb winklig zueinander angeordnet und der Getriebeabtrieb ist räumlich gesehen unmittelbar neben dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet. Der erste Planetenradsatz PR1 ist hier der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 ist der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes. Gemäß 10 sind alle drei Schaltelemente A, B, C in axialer Richtung gesehen auf der dem ersten Planetenradsatz PR1 abgewandten Seite des zweiten Planetenradsatzes PR2 angeordnet.
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Ausgehend von der Überlegung, dass das Schaltelement C im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand den zweiten Planetenradsatz PR2 verblockt, sind in den folgenden zwei Ausführungsbeispielen für ein erfindungsgemäßes Getriebe zwei andere Möglichkeiten aufgezeigt, den zweiten Planetenradsatz PR2 mittels des Schaltelements C zu verblocken. 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel und 12 ein fünftes Ausführungsbeispiel, wiederum in vereinfachter schematischer Darstellung, beide basierend auf dem zuvor anhand von 8 im Detail erläuterten ersten Ausführungsbeispiel.
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Das in 11 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 8 dargestellten Getriebeschema hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 und der fünften Welle 5 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also das Sonnenrad S2 und das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 miteinander. Ein weiterer Unterschied zu dem Getriebe gemäß 8 besteht in der räumlichen Anordnung des Schaltelements C und des Schaltelements B. Bei dem Getriebe gemäß 11 sind das Schaltelement C und das Schaltelement B räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatz PR1 und dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet.
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Das in 12 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 8 dargestellten Getriebe hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der zweiten Welle 2 und der vierten Welle 4 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also das Hohlrad H2 und den Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 miteinander. Ein weiterer Unterschied zu dem Getriebe gemäß 8 besteht in der räumlichen Anordnung des Schaltelements C und des Schaltelements B. Bei dem Getriebe gemäß 12 ist das Schaltelement C räumlich gesehen in einem Bereich radial zwischen dem Hohlrad S2 und dem Steg ST2 des zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet, dabei axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatz PR2 und das Schaltelement B ist räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem ersten Planetenradsatz PR1 und dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet.
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Somit kann der zweite Planetenradsatz PR2 in Abhängigkeit der zuvor beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten des Schaltelement C auf drei verschiedene Arten wirkungsgleich verblockt werden.
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Das in 13 schematisch dargestellte Getriebe unterscheidet sich von dem in 8 dargestellten Getriebe hauptsächlich dadurch, dass dem Getriebe ein Planetenradsatz PR3 vorgeschaltet ist. Der Planetenradsatz PR3 umfasst ein Sonnenrad S3, ein Planetenrad P3 und ein Hohlrad H3. Das Sonnenrad S3 bildet eine sechste Welle 6, welche mit einer Abtriebswelle eines hier nicht dargestellten Antriebsaggregats, beispielsweise einer elektrischen Maschine, verdrehfest oder drehelastisch verbunden ist. Das Hohlrad H3 ist als verdrehfestes Element ausgebildet und hier verdrehfest mit dem Gehäuse G des Getriebes verbunden. Ein Steg ST3 des Planetenradsatzes PR3 ist mit der Antriebswelle AN des nachgeschalteten Getriebes und somit auch mit dem Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 verdrehfest verbunden. Durch den vorgeschalteten Planetenradsatz PR3, welcher hier als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist, kann eine Erhöhung des Antriebsdrehmoments des Antriebsaggregats erreicht werden.
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14 zeigt nun in einer Tabelle ein beispielhaftes Schaltschema und beispielhafte Getriebeübersetzungen für die Getriebe gemäß den 8 bis 13. Über ein X in dem jeweiligen Feld wird kenntlich gemacht, welches der Schaltelemente A, B, C für die Realisierung der einzelnen Gänge geschlossen ist. Der erste Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement B darstellbar. Der zweite Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement C darstellbar. Der dritte Gang ist durch das geschlossene Schaltelement B und das geschlossene Schaltelement C darstellbar.
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Außerdem ist in der Tabelle die Übersetzung der jeweiligen Gänge beispielhaft angegeben, wobei der erste Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,0, der zweite Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,410 und der dritte Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,0 aufweist. Der dritte Gang kann somit also als so genannter Direktgang ausgeführt sein. Übersetzung und Übersetzungsverhältnis sind hier gleichbedeutend.
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Weiter sind der Tabelle gemäß 14 die entsprechenden Gangsprünge der Gänge zu entnehmen. Unter einem Gangsprung ist der Quotient der Übersetzung eines Ganges und eines nächsthöheren Ganges zu verstehen. Dabei weist der Gangsprung von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang einen Wert von φ = 1,418 und der Gangsprung von dem zweiten Gang zu dem dritten Gang einen Wert von φ = 1,410 auf.
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15 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der dritten erfindungsgemäßen Lösung.
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Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle AN, eine Abtriebswelle AB, einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 sowie drei Schaltelemente A, B, C, die alle in einem Gehäuse G des Getriebes angeordnet sind. Beide Planetenradsätze PR1, PR2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die Hohlräder der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 sind mit H1 und H2 bezeichnet, die Sonnenräder mit S1 und S2, die Planetenräder mit P1 und P2 und die Stege, an denen die genannten Planetenräder P1, P2 rotierbar gelagert sind, sind mit ST1 und ST2 bezeichnet. Das Getriebe weist fünf drehbare Wellen auf, die mit den Bezugszeichen 1 bis 5 bezeichnet sind.
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Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist bei dem Getriebe gemäß der dritten erfindungsgemäßen Lösung folgendes vorgesehen:
Die Antriebswelle AN des Getriebes bildet die erste drehbare Welle des Getriebes. Ein Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 und die Abtriebswelle AB sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die zweite drehbare Welle 2 des Getriebes. Ein Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und ein Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die dritte drehbare Welle 3 des Getriebes. Ein Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 bildet die vierte drehbare Welle 4 des Getriebes und ein Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und ein Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die fünfte drehbare Welle 5 des Getriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der drei Schaltelemente A, B, C an die so beschriebenen Wellen 1 bis 5 des Getriebes ist bei dem Getriebe gemäß 15 folgendes vorgesehen: Das Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet, das Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der vierten Welle 4 angeordnet und das Schaltelement C im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der fünften Welle 5 angeordnet.
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In dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle drei Schaltelemente A, B, C räumlich gesehen in einem Bereich radial zwischen den Planetenradsätzen RR1, PR2 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet. Die beiden Planetenradsätze PR1, PR2 sind koaxial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PR1 der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz der antriebsnahe Radsatz des Getriebes ist. Die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB des Getriebes sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb sind ebenfalls koaxial zueinander angeordnet. Der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb befinden sich auf sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes. Die geometrische Lage der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 und die räumliche Anordnung der Schaltelemente A, B, C sind jedoch frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
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Die 16 und die 17 zeigen je eine weitere Form der Ausgestaltung des in 15 beschriebenen Getriebes, wobei lediglich auf die Unterschiede zu der in der 15 beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird. Im Unterschied zu der in 15 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 16 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb auf der gleichen Seite des Getriebegehäuses und winklig zueinander angeordnet, während in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 17 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb winklig zueinander angeordnet sind und der Getriebeabtrieb räumlich gesehen unmittelbar neben dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet ist. Der erste Planetenradsatz PR1 ist hier der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 ist der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes.
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Das in 18 schematisch dargestellte Getriebe unterscheidet sich von dem in 17 dargestellten Getriebe hauptsächlich dadurch, dass dem Getriebe ein Planetenradsatz PR3 vorgeschaltet ist. Der Planetenradsatz PR3 umfasst ein Sonnenrad S3, ein Planetenrad P3 und ein Hohlrad H3. Das Sonnenrad S3 bildet eine sechste Welle 6, welche mit einer Abtriebswelle eines hier nicht dargestellten Antriebsaggregats, beispielsweise einer elektrischen Maschine, verdrehfest oder drehelastisch verbunden bzw. verbindbar ist. Das Hohlrad H3 ist als verdrehfestes Element ausgebildet und hier verdrehfest mit dem Gehäuse G des Getriebes verbunden. Ein Steg ST3 des Planetenradsatzes PR3 ist mit der Antriebswelle AN des nachgeschalteten Getriebes verdrehfest verbunden. Durch den vorgeschalteten Planetenradsatz PR3, welcher hier als Minus-Planetenradsatz ausgebildet ist, kann eine Erhöhung des Antriebsdrehmoments des Antriebsaggregats erreicht werden.
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19 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes. Im Unterschied zu der in 15 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 19 die Antriebswelle AN des Getriebes und das Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes verdrehfest miteinander verbunden und bilden die erste drehbare Welle 1 des Getriebes. Das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 bildet die vierte drehbare Welle 4 des Getriebes und der Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 bildet die fünfte drehbare Welle 5 des Getriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der drei Schaltelemente A, B, C an die so beschriebenen Wellen 1 bis 5 des Getriebes ist bei dem Getriebe gemäß 19 folgendes vorgesehen: Das Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet, das Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 und der fünften Welle 5 angeordnet und das Schaltelement C im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der vierten Welle 4 angeordnet. Räumlich gesehen ist das Schaltelement B in axialer Richtung zwischen den beiden Planetenradsätzen PR1, PR2 angeordnet.
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20 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß der vierten erfindungsgemäßen Lösung. Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle AN, eine Abtriebswelle AB, einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 sowie drei Schaltelemente A, B, C, die alle in einem Gehäuse G des Getriebes angeordnet sind. Beide Planetenradsätze PR1, PR2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die Hohlräder der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 sind mit H1 und H2 bezeichnet, die Sonnenräder mit S1 und S2, die Planetenräder mit P1 und P2 und die Stege, an denen die genannten Planetenräder P1, P2 rotierbar gelagert sind, sind mit ST1 und ST2 bezeichnet. Das Getriebe weist fünf drehbare Wellen auf, die mit den Bezugszeichen 1 bis 5 bezeichnet sind.
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Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle AN, AB ist bei dem Getriebe gemäß der vierten erfindungsgemäßen Lösung folgendes vorgesehen:
Die Antriebswelle AN des Getriebes ist verdrehfest mit dem Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 verbunden und bildet die erste drehbare Welle 1 des Getriebes. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 und die Abtriebswelle AB sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die zweite drehbare Welle 2 des Getriebes. Ein Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 bildet die dritte drehbare Welle 3 des Getriebes. Ein Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 und ein Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die vierte drehbare Welle 4 des Getriebes und ein Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 bildet die fünfte drehbare Welle 5 des Getriebes.
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Hinsichtlich der Kopplung der drei Schaltelemente A, B, C an die so beschriebenen Wellen 1 bis 5 des Getriebes ist bei dem Getriebe gemäß 20 folgendes vorgesehen: Das Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und dem Gehäuse G des Getriebes angeordnet, das Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle 3 und der fünften Welle 5 angeordnet und das Schaltelement C im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der fünften Welle 5 angeordnet.
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In dem in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Planetenradsätze PR1, PR2 koaxial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PR1 der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 der antriebsnahe Radsatz des Getriebes ist. Die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB des Getriebes sowie der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb sind ebenfalls koaxial zueinander angeordnet, wobei die Antriebswelle AN die Planetenradsätze PR1 und PR2 in axialer und radialer Richtung vollständig übergreift. Der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb befinden sich auf sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes. Gemäß 20 sind alle drei Schaltelemente A, B, C in axialer Richtung gesehen auf der dem zweiten Planetenradsatz PR2 abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes PR1 angeordnet. Die geometrische Lage der beiden Planetenradsätze PR1, PR2 und die räumliche Anordnung der Schaltelemente A, B, C sind jedoch frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
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Ausgehend von der Überlegung, dass das Schaltelement C im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand den ersten Planetenradsatz PR1 verblockt, sind in den folgenden zwei Ausführungsbeispielen für ein erfindungsgemäßes Getriebe zwei andere Möglichkeiten aufgezeigt, den ersten Planetenradsatz PR1 mittels des Schaltelements C zu verblocken. 21 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel und 22 ein drittes Ausführungsbeispiel, wiederum in vereinfachter schematischer Darstellung, beide basierend auf dem zuvor anhand von 20 im Detail erläuterten ersten Ausführungsbeispiel.
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Das in 21 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten Getriebeschema hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der vierten Welle 4 und der fünften Welle 5 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also den Steg ST1 und das Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 miteinander.
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Das in 22 schematisch dargestellte Getriebeschema unterscheidet sich von dem in 20 dargestellten Getriebe hauptsächlich dadurch, dass das Schaltelement C nunmehr im Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der vierten Welle 4 angeordnet ist. Im geschalteten bzw. geschlossenen Zustand verbindet das Schaltelement C nunmehr also das Hohlrad H1 und den Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes PR1 miteinander.
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Somit kann der erste Planetenradsatz PR1 in Abhängigkeit der zuvor beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten des Schaltelements C auf drei verschiedene Arten wirkungsgleich verblockt werden.
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Die 23 zeigt eine weitere Form der Ausgestaltung des in 20 beschriebenen Getriebes, wobei lediglich auf Unterschiede zu der in der 20 beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird.
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Im Unterschied zu der in 20 beschriebenen Ausführungsform sind in der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß 23 der Getriebeantrieb und der Getriebeabtrieb winklig zueinander angeordnet und der Getriebeabtrieb ist räumlich gesehen unmittelbar neben dem zweiten Planetenradsatz PR2 angeordnet. Der erste Planetenradsatz PR1 ist hier der antriebsnahe Radsatz des Getriebes und der zweite Planentenradsatz PR2 ist der abtriebsnahe Radsatz des Getriebes. Gemäß 23 ist das Schaltelement B räumlich gesehen in einem Bereich zwischen den beiden Planetenradsätzen PR1, PR2 und das Schaltelement C axial zwischen dem Planetenradsatz PR1 und dem Getriebeantrieb angeordnet.
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24 zeigt in einer Tabelle ein beispielhaftes Schaltschema für das Getriebe gemäß der dritten und der vierten erfindungsgemäßen Lösung, also gemäß den 15 bis 23. Über ein X in dem jeweiligen Feld wird kenntlich gemacht, welches der Schaltelemente A, B, C für die Realisierung der einzelnen Gänge geschlossen ist. Der erste Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement B darstellbar. Der zweite Gang ist durch das geschlossene Schaltelement A und das geschlossene Schaltelement C darstellbar. Der dritte Gang ist durch das geschlossene Schaltelement B und das geschlossene Schaltelement C darstellbar.
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Außerdem ist in der Tabelle die Übersetzung der jeweiligen Gänge beispielhaft angegeben, wobei der erste Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 2,002, der zweite Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,413 und der dritte Gang ein Übersetzungsverhältnis von i = 1,0 aufweist. Der dritte Gang kann somit also als so genannter Direktgang ausgeführt sein. Übersetzung und Übersetzungsverhältnis sind hier gleichbedeutend.
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Weiter sind der Tabelle gemäß 24 die entsprechenden Gangsprünge der Gänge zu entnehmen. Unter einem Gangsprung ist der Quotient der Übersetzung eines Ganges und eines nächsthöheren Ganges zu verstehen. Dabei weist der Gangsprung von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang einen Wert von φ = 1,417 und der Gangsprung von dem zweiten Gang zu dem dritten Gang einen Wert von φ = 1,413 auf.
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Nachfolgend werden weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche für die fünf vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Lösungen und deren Ausführungsformen gleichermaßen gelten.
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Gemäß den 1 bis 24 sind die Schaltelementen A, B, C folgendermaßen ausgebildet: Das Schaltelement A bildet als erstes Schaltelement eine erste Bremse, das Schaltelement B bildet als zweites Schaltelement eine erste Kupplung und das Schaltelement C bildet als drittes Schaltelement eine zweite Kupplung. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die erste Bremse A als formschlüssig schaltbare Bremse, die erste Kupplung B als formschlüssig schaltbare Kupplung und die zweite Kupplung C als reibschlüssig schaltbare Kupplung ausgeführt. Mit diesen drei Schaltelementen A, B, C ist ein selektives Schalten von drei Gängen realisierbar.
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Durch eine derartige Ausführung der Schaltelemente A, B, C kann der Bauaufwand der Schaltelemente im Vergleich zu einer Ausführungsform bei der alle Schaltelemente A, B, C reibschlüssig ausgebildet sind, entsprechend reduziert werden. Eine Zughochschaltung von dem ersten Gang in den zweiten Gang bzw. eine Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang kann vorteilhafterweise als Lastschaltung durchgeführt werden, da die beim Gangwechsel zu schließende bzw. zu öffnende Kupplung C reibschlüssig ausgebildet ist.
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Während der erste Gang des Getriebes überwiegend zum Anfahren benötigt wird, können der zweite Gang und der dritte Gang die Hauptfahrgänge des Getriebes darstellen. Da durch eine derartige Ausführung der Schaltelemente das einzige reibschlüssig ausgebildete Schaltelement, nämlich die Kupplung C, in dem zweiten und dem dritten Gang geschlossen ist, werden in den Hauptfahrgängen des Getriebes keine Schleppverluste durch das reibschlüssig ausgebildete Schaltelement verursacht.
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Die Übersetzungen des ersten Ganges und des zweiten Ganges können bevorzugt derart gewählt, dass diese den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs abdecken, wodurch ein Gangwechsel von dem ersten in den zweiten Gang als Zughochschaltung bzw. von dem zweiten in den ersten Gang als Zugrückschaltung im performanten Fahrbetrieb immer als Lastschaltung durchführbar ist. Der dritte Gang ist dann als so genannter Schongang ausgebildet, wodurch bei höheren Geschwindigkeiten im dritten Gang geringere Drehzahlen vorherrschen. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades sowie zu einer Geräuschreduzierung.
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In Abhängigkeit der Drehrichtung der Antriebswelle des Getriebes sind der erste Gang, der zweite Gang und der dritte Gang des erfindungsgemäßen Getriebes als Vorwärtsgänge oder als Rückwärtsgänge darstellbar. Somit können die Gänge des Getriebes bei einer ersten Drehrichtung der Antriebswelle als Vorwärtsgänge genutzt werden, während durch eine zur ersten Drehrichtung umgekehrten zweiten Drehrichtung der Antriebswelle die Gänge des Getriebes als Rückwärtsgänge darstellbar sind. Die Schaltelemente A, B, C und die Schaltzustände der Schaltelemente A, B, C sind für die Vorwärtsgänge und für die Rückwärtsgänge identisch. Dadurch können separate Getriebebauteile für die Rückwärtsgänge eingespart werden.
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Nachfolgend werden für ein Elektrofahrzeug bzw. ein Hybridfahrzeug umfassend ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Getriebe beispielhaft unterschiedliche Gangwechsel unter Berücksichtigung der Schaltungstypen Zughochschaltung, Zugrückschaltung, Schubhochschaltung und Schubrückschaltung beschrieben, unter der Annahme, dass lediglich die Kupplung C als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist und die beiden anderen Schaltelemente A und B als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind.
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Eine Zughochschaltung, d. h. eine Hochschaltung bei positivem Motormoment, von dem ersten in den zweiten Gang ist wie bereits erwähnt lastschaltbar durchführbar, da die beim Gangwechsel von dem ersten in den zweiten Gang zu schließende Kupplung C reibschlüssig ausgebildet ist. Bei der Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang entsteht an der sich schließenden reibschlüssigen Kupplung C eine Differenzdrehzahl, wodurch eine Lastübernahme durch die reibschlüssige Kupplung C erfolgen kann, so dass die bei diesem Gangwechsel zu öffnende formschlüssige Kupplung B lastfrei ausgelegt werden kann. Anschließend erfolgt eine Drehzahlanpassung an den neuen zweiten Gang und die beim Gangwechsel von dem ersten in den zweiten Gang zu schließende reibschlüssige Kupplung C wird vollständig geschlossen. Somit ist die im Fahrbetrieb häufig auftretende Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang lastschaltbar ausführbar.
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Eine Zughochschaltung von dem zweiten in den dritten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem zweiten in den dritten Gang zu schließende Kupplung B formschlüssig ausgebildet ist und daher durch die Kupplung B keine Lastübernahme unter Differenzdrehzahl erfolgen kann. Eine zugkraftunterbrechende Schaltung wird hier akzeptiert, da diese vorzugsweise bei bereits höheren Geschwindigkeiten und somit bei geringerer Zugkraft auftritt.
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Eine Zugrückschaltung, d. h. eine Rückschaltung bei positivem Motormoment, von dem zweiten in den ersten Gang ist lastschaltbar durchführbar, da die beim Gangwechsel von dem zweiten Gang in den ersten Gang zu öffnende Kupplung C reibschlüssig ausgebildet ist. Bei der Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang entsteht an der sich öffnenden reibschlüssigen Kupplung C eine Differenzdrehzahl, wodurch eine Last durch die reibschlüssige Kupplung C zunächst teilweise aufrechterhalten werden kann, so dass die bei diesem Gangwechsel zu schließende formschlüssige Kupplung B nach der Drehzahlanpassung lastfrei eingelegt werden kann. Anschließend wird die zu öffnende Kupplung C vollständig geöffnet und die bereits eingelegte Kupplung B übernimmt die Last. Die Lastschaltbarkeit der Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang ist sehr vorteilhaft, da bei geringen Fahrgeschwindigkeiten die Zugkraft erhöht werden kann, beispielsweise dann, wenn eine am Getriebeeingang angeordnete elektrische Maschine mit einer Drehzahl unterhalb ihrer so genannten Eckdrehzahl betrieben wird und nicht ihre volle Leistung erbringen kann.
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Eine Zugrückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem dritten in den zweiten Gang zu öffnende Kupplung B formschlüssig ausgebildet ist und daher durch die Kupplung B keine Last unter Differenzdrehzahl aufrechterhalten werden kann. Eine zugkraftunterbrechende Schaltung wird hier akzeptiert, da diese vorzugsweise nur bei höheren Fahrgeschwindigkeiten und langsamer werdendem Fahrzeug auftritt. Bei einer Zugrückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang fordert ein Fahrzeugführer in der Regel nur wenig Antriebsleistung an, wodurch eine nur geringe Zugkraftanforderung vorliegt. Bei Antrieben mit elektrischer Maschine als Antriebsaggregat steht oberhalb der so genannten Eckdrehzahl immer die volle Antriebsleistung zur Verfügung. Somit steht auch dann, wenn das Fahrzeug aufgrund einer Steigung langsamer wird, die volle Zugkraft zur Verfügung, solange die Drehzahl der elektrischen Maschine nicht unter die so genannte Eckdrehzahl absinkt.
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Eine Schubrückschaltung, d. h. eine Rückschaltung bei negativem Motormoment, von dem dritten in den zweiten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem dritten in den zweiten Gang zu schließende Bremse A formschlüssig ausgebildet ist und daher keine Last unter Differenzdrehzahl übernehmen kann. Eine Lastschaltbarkeit bei einer Schubrückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang wäre allerdings vorteilhaft, da beim elektrischen Bremsen, also beim Rekuperieren, das Fahrzeug langsamer wird und durch eine Schubrückschaltung die elektrische Maschine wieder mit einer höheren Drehzahl betrieben wird. Durch die Schubrückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang wird vermieden, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine unter die so genannte Eckdrehzahl fällt, bei welcher die elektrische Maschine nicht mehr die volle Leistung liefern kann, wodurch die elektrische Maschine mit besserem Wirkungsgrad betrieben wird. Sind die Übersetzungen des ersten und des zweiten Ganges derart gewählt, dass diese den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs abdecken und ist der dritte Gang als so genannter Schongang ausgebildet, dann wird in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die zugkraftunterbrechende Schaltung von dem dritten in den zweiten Gang dann ausgeführt wird, wenn eine Fahranforderung von Zugbetrieb auf Schubbetrieb wechselt. Die zugkraftunterbrechende Rückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang kann dadurch in dem Lastwechsel von Zug- auf Schubbetrieb verborgen werden, wodurch der Fahrkomfort entsprechend verbessert wird.
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Eine Schubrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem zweiten in den ersten Gang zu schließende Kupplung B formschlüssig ausgebildet ist und daher durch die Kupplung B keine Lastübernahme unter Differenzdrehzahl erfolgen kann. Eine zugkraftunterbrechende Schaltung wird hier akzeptiert, da beim elektrischen Bremsen, also beim Rekuperieren, zu diesem Schaltpunkt hin das Fahrzeug sehr langsam wird und die volle Leistung der elektrischen Maschine aus Komfortgründen ohnehin nicht abgerufen werden kann.
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Eine Schubhochschaltung, d. h. eine Hochschaltung bei negativem Motormoment, von dem ersten in den zweiten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem ersten in den zweiten Gang zu öffnende Kupplung B formschlüssig ausgebildet ist und daher durch die Kupplung B keine Last unter Differenzdrehzahl aufrechterhalten werden kann. Eine zugkraftunterbrechende Schaltung wird hier akzeptiert, da Schubhochschaltungen von dem ersten in den zweiten Gang in der Praxis eher selten vorkommen, beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug trotz Schubmoment bergab beschleunigt.
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Eine Schubhochschaltung von dem zweiten in den dritten Gang wird als zugkraftunterbrechende Schaltung ausgeführt, da die beim Gangwechsel von dem zweiten in den dritten Gang zu öffnende Bremse A formschlüssig ausgebildet ist und daher durch die Bremse A keine Last unter Differenzdrehzahl aufrechterhalten werden kann. Eine zugkraftunterbrechende Schaltung wird hier akzeptiert, da Schubhochschaltungen von dem ersten in den zweiten Gang in der Praxis eher selten vorkommen, beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug trotz Schubmoment bergab beschleunigt.
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Nachfolgend wird beispielhaft ein möglicher Schaltablauf dargestellt. In der Ausgangssituation befindet sich das Getriebe im ersten Gang und das Fahrzeug wird durch das Antriebsaggregat aufgrund einer Fahreranforderung beschleunigt. Hat das Fahrzeug eine vorgebbare Geschwindigkeit erreicht oder liegt an der Antriebswelle des Getriebes eine vorgebbare Drehzahl vor, dann erfolgt eine Zughochschaltung von dem ersten in den zweiten Gang, die wie oben bereits erwähnt als Lastschaltung durchführbar ist. Im zweiten Gang wird das Fahrzeug durch das Antriebsaggregat weiter beschleunigt. Hat das Fahrzeug eine zweite vorgebbare Geschwindigkeit erreicht oder liegt an der Antriebswelle des Getriebes eine zweite vorgebbare Drehzahl vor, dann erfolgt eine Zughochschaltung von dem zweiten in den dritten Gang, welche wie oben bereits erwähnt als zugkraftunterbrochene Schaltung durchgeführt wird. Im dritten Gang kann das Fahrzeug durch das Antriebsaggregat weiter beschleunigt werden. Wird das Fahrzeug anschließend durch beispielsweise eine Bremspedalbetätigung durch den Fahrzeugführer abgebremst, wird das Fahrzeug verzögert und es findet eine Rekuperation statt. Eine zugkraftunterbrochene Rückschaltung von dem dritten in den zweiten Gang wird dann ausgelöst, wenn das Fahrzeug eine dritte vorgebbare Geschwindigkeit erreicht oder an der Antriebswelle des Getriebes eine dritte vorgebbare Drehzahl vorliegt. Diese Rückschaltung kann wie oben bereits erwähnt dann ausgeführt werden, wenn eine Fahranforderung von Zugbetrieb auf Schubbetrieb wechselt. Wird das Fahrzeug weiterhin verzögert, dann kann der nun eingelegte zweite Gang bevorzugt bis zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit von nahezu Stillstand eingelegt bleiben. Fordert der Fahrzeugführer erneut eine höhere Antriebsleistung an, beispielsweise durch Betätigung eines Fahrpedals, dann erfolgt eine Zugrückschaltung von dem zweiten in den ersten Gang, welche wie oben bereits erwähnt lastschaltbar durchführbar ist. Anschließend kann das Fahrzeug im ersten Gang erneut beschleunigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- AN
- Antriebswelle
- AB
- Abtriebswelle
- 1
- erste Welle
- 2
- zweite Welle
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- 5
- fünfte Welle
- 6
- sechste Welle
- A
- erstes Schaltelement, erste Bremse
- B
- zweites Schaltelement, erste Kupplung
- C
- drittes Schaltelement, zweite Kupplung
- G
- Gehäuse
- PR1
- erster Planetenradsatz
- PR2
- zweiter Planetenradsatz
- PR3
- dritter Planetenradsatz
- S1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- S2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- S3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- P1
- Planetenrad des ersten Planetenradsatzes
- P2
- Planetenrad des zweiten Planetenradsatzes
- P3
- Planetenrad des dritten Planetenradsatzes
- H1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- H2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- H3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- ST1
- Steg des ersten Planetenradsatzes
- ST2
- Steg des zweiten Planetenradsatzes
- ST3
- Steg des dritten Planetenradsatzes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024147 A1 [0005]
- DE 102010061054 A1 [0006]
