DE102014218613A1

DE102014218613A1 - Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102014218613A1
Application number: DE102014218613.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Matthias Horn; Michael Wechs; Jens Moraw; Viktor Warth; Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier; Stephan Scharr; Julian King; Bernd Knöpke; Eckehard Münch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Das Getriebe umfasst drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) und sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6), wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Sonnenrad eines dritten Planetenradsatzes (RS3) an das Gehäuse (G) gekoppelt sind und die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden und über eine erste Kupplung (14) mit einer mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbundenen vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, welche über eine zweite Kupplung (34) mit einer mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbundenen dritten Welle (3) lösbar verbindbar und über eine vierte Kupplung (46) mit einer mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, wobei die dritte Welle (3) über eine dritte Kupplung (35) mit einer mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbundenen fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist und die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist und wobei die dritte Welle (3) mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.
Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen, erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird. Ferner soll mittels derartiger Getriebe der Spritverbrauch gesenkt werden, was einerseits durch Reduzierung der internen Getriebeverluste und andererseits durch Betreiben des Verbrennungsmotors im idealen Betriebspunkt erfolgen kann. Um den Verbrennungsmotor in seinem idealen Betriebspunkt zu betreiben, ist es insbesondere wichtig, bei einer großen Getriebespreizung kleine Gangsprünge zu realisieren, was in der Erhöhung der Anzahl der Gänge resultiert.
Aus der DE 10 2012 212 257 A1 der Anmelderin geht ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs hervor, mit drei gekoppelten einfachen Minus-Planetenradsätzen, mehreren Schaltelementen und mit wenigstens einer Elektromaschine, die einer Welle innerhalb des Getriebes zugeordnet ist, wobei bei einem ersten Planetenradsatz das Hohlrad mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar und der Planetenträger mit dem Hohlrad eines zweiten Planetenradsatzes antriebsverbunden ist, wobei bei dem zweiten Planetenradsatz der Planetenträger mit dem Hohlrad eines dritten Planetenradsatz verbunden und das Sonnenrad von einer Getriebeeingangswelle antreibbar ist und wobei bei dem dritten Planetenradsatz der Planetenträger mit einer Getriebeausgangswelle verbunden ist. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.
Bei dem bekannten Getriebe ist vorgesehen, dass die Schaltelemente als Klauenschaltelemente ausgeführt sein können, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem gehäusefesten Bauteil verbunden ist, und dass das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes mit dem gehäusefesten Bauteil und mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Mit Hilfe der Elektromaschine erfolgt eine Zugkraftstützung bei Schaltungen im Hybridbetrieb, wobei ein elektrodynamisches Anfahren (EDA-Betrieb) ermöglicht wird. Hierbei wird über einen oder mehrere Planetenradsätze des Getriebes eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der Elektromaschine und der Getriebeabtriebswellendrehzahl erzielt, so dass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist, wobei die Elektromaschine mit einem für den Anfahrvorgang geeigneten Gegenmoment ein Drehmoment des Verbrennungsmotors abstützt.
Ferner werden bei dem bekannten Getriebe die Schaltungen 2–3 und 3–4 derart ausgeführt, dass die Elektromaschine mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden ist und die Zugkraft nur elektromotorisch stützt, während im Hintergrund durch den Verbrennungsmotor eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausgeführt wird. Derartige, sogenannte abtriebsgestützte Schaltungen können zu einer Verminderung der Fahrleistung während der Schaltung führen, wenn der Verbrennungsmotor im Verhältnis zur Elektromaschine leistungsstärker ausgeführt ist.
Zudem werden die Schaltungen 1–2 und 4–5 derart ausgeführt, dass im Rahmen einer elektrodynamischen Schaltung (EDS), auch EDA-Schaltung genannt, analog zum elektrodynamischen Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der Elektromaschine und der Getriebeabtriebswellendrehzahl erzielt wird, wobei zum Schaltungsbeginn die Drehmomente der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors derart angepasst werden, dass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen des auszulegenden Schaltelementes erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, derart, dass das einzulegende Schaltelement synchron wird, wobei nach dem Schließen des einzulegenden Schaltelementes die Lastaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine je nach Hybrid-Betriebsstrategie erfolgt. Bei derartigen Schaltungen tritt keine Verminderung der Fahrleistung während der Schaltung auf, da die Fahrleistung durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine aufgebracht wird.
Bei dem aus der DE 10 2012 212 257 A1 bekannten Getriebe kann ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit zwei Übersetzungen, d.h. mit zwei elektromotorisch angetriebenen Gängen, realisiert werden, wobei im rein elektrischen Fahrbetrieb in vorteilhafter Weise die Getriebeeingangswelle nicht mitdreht, wodurch die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kupplung zum Trennen des Verbrennungsmotors vom Antriebsstrang entfällt. Die Gänge des rein elektrischen Fahrbetriebs werden zur Realisierung eines Rückwärtsgangs benötigt, da das Getriebe keinen mechanischen Rückwärtsgang aufweist. Hierbei kann in einem der zwei möglichen Gänge des rein elektrischen Fahrbetriebs der Verbrennungsmotor in die Gänge 2, 3 oder 4 durch Schließen jeweils eines weiteren Schaltelementes ohne Zugkraftunterbrechung hinzugeschaltet werden, wobei das Anlassen des Verbrennungsmotors beispielweise mittels eines separaten Starters erfolgen kann. In nachteiliger Weise kann jedoch der Verbrennungsmotor im anderen Gang des rein elektrischen Fahrbetriebs nur mit Zugkraftunterbrechung hinzugeschaltet werden, da die Getriebeeingangswelle in diesem Gang festgebremst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem genannten Stand der Technik ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welches mindestens fünf mechanische Vorwärtsgänge und mindestens einen Vorwärtsgang im rein elektrischen Fahrbetrieb aufweist, bei dem in allen verfügbaren Gängen im rein elektrischen Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor in möglichst passende Gänge unter Erhaltung der Zugkraft hinzugeschaltet werden kann. Ferner sollen der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind drei Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter und dritter Planetenradsatz bezeichnet, sechs drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet – sowie mindestens vier vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte Schaltelemente vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt.
Die Planetenradsätze des Getriebes sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet.
Gemäß der Erfindung sind das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt, wobei die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine erste Kupplung mit der mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes drehfest verbundenen vierten Welle lösbar verbindbar ist, die über eine zweite Kupplung mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes drehfest verbundenen dritten Welle lösbar verbindbar ist und über eine vierte Kupplung mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbundenen sechsten Welle lösbar verbindbar ist, wobei die dritte Welle über eine dritte Kupplung mit der mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbundenen fünften Welle lösbar verbindbar ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden.
Ferner ist die dritte Welle des Getriebes mit dem Rotor einer Elektromaschine drehfest verbunden oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb, wirkverbunden.
Bei dieser Ausgestaltung sind fünf mechanische Vorwärtsgänge, d.h. verbrennungsmotorische Gänge, und ein Vorwärtsgang bei rein elektrischem Fahrbetrieb realisierbar, wobei der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen der ersten Kupplung über eine EDA-Verschaltung geschaltet werden kann, wodurch elektrodynamisch angefahren wird. Hierbei wird eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der Elektromaschine und der Getriebeabtriebswellendrehzahl erzielt, sodass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist, wobei die Elektromaschine mit einem für den Anfahrvorgang geeignetem Gegenmoment ein Drehmoment des Verbrennungsmotors abstützt. Die fünf erzielbaren mechanischen Vorwärtsgänge entsprechen dann den Vorwärtsgängen 2–6 des Getriebes.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist die dritte Welle über eine fünfte Kupplung mit dem Rotor der Elektromaschine drehfest verbindbar oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb, wirkverbindbar, wobei die fünfte Welle über eine sechste Kupplung mit dem Rotor der Elektromaschine drehfest verbindbar oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb, wirkverbindbar ist. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich fünf mechanische Vorwärtsgänge, d.h. verbrennungsmotorische Gänge, und zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge, d.h. Vorwärtsgänge, bei rein elektrischem Fahrbetrieb.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ein weiteres Schaltelement vorgesehen sein, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich sechs mechanische Vorwärtsgänge, d.h. verbrennungsmotorische Gänge, die die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden. Ferner ergeben sich zwei Vorwärtsgänge bei rein elektrischem Fahrbetrieb für den Fall, dass die dritte und fünfte Welle an die Elektromaschine anbindbar sind und ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang für den Fall, dass die dritte Welle mir der Elektromaschine drehfest verbunden oder wirkverbunden ist.
Das weitere Schaltelement kann gemäß der Erfindung als Bremse ausgeführt sein, durch die die vierte Welle an das Gehäuse ankoppelbar ist oder als Bremse ausgeführt sein, durch die die fünfte Welle an das Gehäuse ankoppelbar ist. Alternativ kann das weitere Schaltelement als Kupplung ausgeführt sein, welche die vierte Welle mit der fünften Welle und somit den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet.
Um eine koaxiale Anordnung der Antriebs- und Abtriebswelle zu ermöglichen, sind die Planetenradsätze axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, welcher mit dem Getriebe verbindbar ist, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet, wobei zum Zweck einer Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung bei unveränderter Funktionsweise des Getriebes die Reihenfolge axial betrachtet dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, erster Planetenradsatz ist.
Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der wie beschrieben als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze des Getriebes als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Getriebes können jeweils zwei Schaltelemente in einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden, wenn diese Schaltelemente eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht in einem der Gänge gleichzeitig geschalten werden müssen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen und Planetenradsätzen der Bauaufwand erheblich reduziert. Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird. Das Getriebe kann beispielsweise in Front-Quer Bauweise oder im Rahmen eines Standardantriebs eingebaut werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
1: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1;
3: eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
4: eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
5: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 4;
6: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
7: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
8: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 7;
9: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
10: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
11: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 10;
12: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
13: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
14: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2 und drei Planetenradsätzen RS1, RS2 und RS3 dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Planetenradsätze als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der gemäß 1 als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1, zweiter Planetenradsatz RS2, dritter Planetenradsatz RS3 angeordnet, wobei eine koaxiale Anordnung der Antriebs- und Abtriebswelle ermöglicht wird. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
Wie aus 1 ersichtlich, sind vier als Kupplungen ausgeführte Schaltelemente 14, 34, 35, 46 vorgesehen. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen des Getriebes sind vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Klauenschaltelemente oder Synchronisierungen, ausgeführt, einzelne oder sämtliche Schaltelemente können jedoch im Rahmen weiterer Ausgestaltungen als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt sein.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von fünf mechanischen, d.h. verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen, realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt sechs drehbare Wellen auf, die im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet werden, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 an ein Gehäuse G des Getriebes gekoppelt sind (Wellen 0, 0´), wobei die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine erste Kupplung 14 mit der mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbundenen vierten Welle 4 lösbar verbindbar ist. Die vierte Welle 4 ist über eine zweite Kupplung 34 mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbundenen dritten Welle 3 lösbar verbindbar und über eine vierte Kupplung 46 mit der mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbundenen sechsten Welle 6 lösbar verbindbar. Ferner ist die dritte Welle 3 über eine dritte Kupplung 35 mit der mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbundenen fünften Welle 5 lösbar verbindbar, wobei die Abtriebswelle 2 mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbunden ist.
Wie 1 zu entnehmen ist, ist die dritte Welle 3 mit dem Rotor einer Elektromaschine EM drehfest verbunden. Alternativ kann die dritte Welle 3 mit der Elektromaschine EM über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, wirkverbunden sein, wodurch eine vorteilhafte Auslegung der Elektromaschine EM hinsichtlich der Drehzahlen und des Drehmomentes erzielt werden kann. Beispielsweise können durch die Wahl einer geeigneten Übersetzung des Bauteils zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung die Drehzahlen der Elektromaschine EM erhöht und das Drehmoment verringert werden. Ferner kann die dritte Welle 3 zur Realisierung einer achsparallelen, seitlichen Anordnung der Elektromaschine EM mit dem Rotor der Elektromaschine EM über eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb wirkverbunden sein.
Bei dem gezeigten Getriebe können z.B. die zweite und dritte Kupplung 34, 35 in einem Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Aktuator zusammengefasst werden, da diese Schaltelemente eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht in einem der Gänge gleichzeitig geschalten werden müssen. Dies resultiert in vorteilhafter Weise in einem geringen Bauaufwand und entsprechend geringeren Kosten.
In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. Das Mehrstufengetriebe weist fünf mechanische Vorwärtsgänge auf, die bei dem gezeigten Beispiel die Vorwärtsgänge 2–6 des Getriebes bilden. Für jeden mechanischen Vorwärtsgang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise der mechanischen Vorwärtsgänge jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Ferner weist das Getriebe einen elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang auf, der mit E bezeichnet ist.
Der erste Vorwärtsgang EDA des Getriebes wird bei dem gezeigten Beispiel durch Schließen der vierten Kupplung 46 über eine EDA-Verschaltung geschaltet, wodurch elektrodynamisch bis zum Einlegen des zweiten Vorwärtsgangs angefahren wird. Hierbei wird eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der Elektromaschine EM und der Getriebeabtriebswellendrehzahl erzielt, sodass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist, wobei die Elektromaschine mit einem für den Anfahrvorgang geeignetem Gegenmoment ein Drehmoment des Verbrennungsmotors abstützt. Ferner kann im EDA-Betrieb bis zum zweiten, dritten oder vierten Vorwärtsgang gefahren werden, wobei durch Schließen des Weiteren, dem jeweiligen Gang zugeordneten Schaltelementes der EDA-Betrieb beendet und der entsprechende Vorwärtsgang des Getriebes geschaltet wird. Durch Schließen der dritten, zweiten oder ersten Kupplung 35, 34, 14 wird somit aus dem EDA-Betrieb der zweite, dritte bzw. vierte Vorwärtsgang geschaltet.
Der zweite Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der dritten und vierten Kupplung 35, 46, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung 34, 46, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung 14, 46, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung 14, 34 und der sechste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der ersten und dritten Kupplung 14, 35. Zur Realisierung zumindest eines Rückwärtsgangs wird der Gang des rein elektrischen Fahrbetriebs bei Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine EM geschaltet. Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird.
Der elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E ergibt sich ohne Zuschaltung eines Schaltelementes des Getriebes durch die Anbindung der Elektromaschine EM an die dritte Welle 3, bei der die Elektromaschine über den dritten Planetenradsatz RS3 eine fixe Übersetzung zum Abtrieb aufweist, so dass kein Schaltelement geschlossen werden muss. In diesem Gang ist ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in alle Vorwärtsgänge durch Vorwählen eines einem beliebigen Gang entsprechenden Schaltelementes und anschließendes Schalten des Weiteren, diesem Gang zugeordneten Schaltelementes möglich.
In vorteilhafter Weise können alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine EM lastschaltbar erfolgen, wobei die Elektromaschine über die dritte Welle 3 und den dritten Planetenradsatz RS3 mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden ist und die Zugkraft elektromotorisch stützt, während im Hintergrund durch den Verbrennungsmotor eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausgeführt wird.
Das in 3 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 bei unveränderter Funktionsweise dadurch, dass die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 angeordnet sind, wodurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung des Getriebes ermöglicht wird. Das Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2.
Gegenstand der 4 ist eine Weiterbildung des in 1 gezeigten Getriebes, bei der bei sonst unverändertem Getriebeaufbau die permanente Verbindung der dritten Welle 3 mit der Elektromaschine EM entfällt. Hierbei ist die Elektromaschine EM wahlweise mit der dritten oder der fünften Welle verbindbar oder wirkverbindbar. Die dritte Welle 3 ist, wie anhand 3 veranschaulicht, über eine vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführte fünfte Kupplung A mit dem Rotor der Elektromaschine EM drehfest verbindbar. Ferner ist bei dem gezeigten Beispiel die fünfte Welle 5 über eine vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführte sechste Kupplung B mit dem Rotor der Elektromaschine EM drehfest verbindbar. Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen können die dritte Welle 3 und die fünfte Welle 5 mit der Elektromaschine EM über die fünfte bzw. sechste Kupplung A, B und ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise über einen weiteren Planetenradsatz, wirkverbindbar sein, wodurch eine vorteilhafte Auslegung der Elektromaschine hinsichtlich der Drehzahlen und des Drehmomentes erzielt werden kann. Beispielsweise können durch die Wahl einer geeigneten Übersetzung der Bauteile zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung die Drehzahlen der Elektromaschine EM erhöht und das Drehmoment verringert werden.
Erfindungsgemäß können die fünfte und sechste Kupplung A, B zur Anbindung der dritten und fünften Welle 3, 5 an die Elektromaschine EM in einem Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Aktuator zusammengefasst werden.
Die dritte Welle 3 und die fünfte Welle 5 können im Rahmen weiterer Ausführungsformen zur Realisierung einer achsparallelen, seitlichen Anordnung der Elektromaschine EM mit dem Rotor der Elektromaschine EM über die fünfte und sechste Kupplung A, B und eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb lösbar wirkverbindbar sein.
Durch die Ausgestaltung gemäß 4 ergibt sich im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 3 ein zusätzlicher elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang, wie dem Schaltschema gemäß 5 zu entnehmen ist, welches sich vom Schaltschema nach 2 lediglich durch den zusätzlichen elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang E1 unterscheidet. Der zusätzliche Vorwärtsgang dient als erster elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang und ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung 34 und der sechsten Kupplung B, durch deren Schließen die Elektromaschine EM mit der fünften Welle 5 verbunden wird, wobei in diesem Gang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der vierten Kupplung 46 und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung 14 durchgeführt werden kann. Der zweite elektromotorische Vorwärtsgang E2 entspricht dem Gang E im Schaltschema gemäß 2 und ergibt sich durch die Verbindung der Elektromaschine EM mit der dritten Welle 3 bei geschlossener fünfter Kupplung A. Zum Zweck der EDA-Verschaltung, die für den ersten Vorwärtsgang benötigt wird, wird die fünfte Kupplung A geschlossen.
Analog zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 3 können alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine EM lastschaltbar erfolgen, wobei die Elektromaschine bei geschlossener fünfter Kupplung A über die dritte Welle 3 und den dritten Planetenradsatz RS3 mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden ist und die Zugkraft elektromotorisch stützt, während im Hintergrund durch den Verbrennungsmotor eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausgeführt wird.
Durch Schließen der sechsten Kupplung B, d.h. bei mit der fünften Welle 5 verbundener Elektromaschine EM, können zudem in vorteilhafter Weise die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang und vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener vierter Kupplung 46 als Lastschaltungen, nämlich als elektrodynamische Schaltungen (EDS) ausgeführt werden, wobei über einen oder mehrere Planetenradsätze des Getriebes eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der Elektromaschine und der Getriebeabtriebswellendrehzahl erzielt wird, wobei zum Schaltungsbeginn die Drehmomente der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors derart angepasst werden, dass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird, und nach dem Öffnen des auszulegenden Schaltelementes eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft erfolgt, derart, dass das einzulegende Schaltelement synchron wird, wobei nach dem Schließen des einzulegenden Schaltelementes die Lastaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine je nach Hybrid-Betriebsstrategie erfolgt.
Wie bei dem Getriebe gemäß 1 und 3 kann erfindungsgemäß bei geschlossener fünfter Kupplung A im EDA-Betrieb bis zum zweiten, dritten oder vierten Vorwärtsgang gefahren werden, wobei durch Schließen des Weiteren, dem jeweiligen Gang zugeordneten Schaltelementes der EDA-Betrieb beendet und der entsprechende Vorwärtsgang des Getriebes geschaltet wird. Durch Schließen der dritten, zweiten oder ersten Kupplung 35, 34, 14 wird somit aus dem EDA-Betrieb der zweite, dritte bzw. vierte Vorwärtsgang geschaltet.
Das in 6 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 4 bei unveränderter Funktionsweise dadurch, dass die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 angeordnet sind, wodurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung des Getriebes ermöglicht wird. Das Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 5.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann ausgehend von den beschriebenen Ausführungsformen bei sonst unverändertem Getriebeaufbau ein weiteres Schaltelement vorgesehen sein, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich sechs mechanische Vorwärtsgänge, die die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden. Ferner ergeben sich für den Fall, dass die dritte und fünfte Welle 3, 5 an die Elektromaschine EM anbindbar sind, zwei elektromotorisch angetriebene Gänge, wobei sich für den Fall, dass die dritte Welle 3 mir der Elektromaschine drehfest verbunden oder wirkverbunden ist, ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang ergibt, wie bereits beschrieben.
Gegenstand der 7 ist ein Getriebe, welches sich von der Ausführungsform nach 4 dadurch unterscheidet, dass ein weiteres Schaltelement vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, wobei das weitere Schaltelement als Bremse 04 ausgeführt ist, durch deren Schließen die vierte Welle 4 an das Gehäuse G ankoppelbar ist. Bei dem gezeigten Getriebe können jeweils die zweite und dritte Kupplung 34, 35 und/oder die Bremse 04 und die erste Kupplung 14 in einem Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Aktuator zusammengefasst werden, da diese Schaltelemente eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht in einem der Gänge gleichzeitig geschalten werden müssen. Ferner ist es möglich, anstelle der Bremse 04 und der ersten Kupplung 14 die Bremse 04 und die zweite Kupplung 34 in einem Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Aktuator zusammengefasst auszuführen.
Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema ist Gegenstand der 8. Es unterscheidet sich vom Schaltschema gemäß 5 dadurch, dass ein zusätzlicher mechanischer Vorwärtsgang erzielbar ist, der sich durch Schließen der Bremse 04 und der vierten Kupplung ergibt und den ersten Vorwärtsgang des Getriebes bildet, so dass der erste Vorwärtsgang nicht durch Schließen der vierten Kupplung 46 über eine EDA-Verschaltung geschaltet wird. Die übrigen Vorwärtsgänge 2–6 und die elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgänge E1 und E2 entsprechen den Gängen 2–6 bzw. E1 und E2 gemäß dem Schaltschema nach 5.
Für den Fall, dass die dritte Welle 3 permanent mit der Elektromaschine verbunden oder wirkverbunden ist, ergibt sich ein Schaltschema, das sich vom Schaltschema gemäß 2 dadurch unterscheidet, dass ein zusätzlicher mechanischer Vorwärtsgang erzielbar ist, der sich durch Schließen der Bremse 04 und der vierten Kupplung 46 ergibt und den ersten Vorwärtsgang des Getriebes bildet, so dass der erste Vorwärtsgang nicht durch Schließen der vierten Kupplung 46 über eine EDA-Verschaltung geschaltet wird. Die übrigen Vorwärtsgänge 2–6 und der elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E entsprechen den Gängen 2–6 bzw. E gemäß dem Schaltschema nach 2.
Analog zu der Ausführungsform gemäß 1, 3, 4 und 6 können alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine EM lastschaltbar erfolgen, wobei die Elektromaschine bei geschlossener fünfter Kupplung A über die dritte Welle 3 und den dritten Planetenradsatz RS3 mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden ist und die Zugkraft elektromotorisch stützt, während im Hintergrund durch den Verbrennungsmotor eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausgeführt wird.
Durch Schließen der sechsten Kupplung B, d.h. bei mit der fünften Welle 5 verbundener Elektromaschine EM, können zudem in vorteilhafter Weise die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang und vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener vierter Kupplung 46 als Lastschaltungen, nämlich als elektrodynamische Schaltungen (EDS) ausgeführt werden.
Bei dem in 7 gezeigten Getriebe ist bei geschlossener fünfter Kupplung A ein EDA-Anfahren möglich, wobei zu diesem Zweck die vierte Kupplung 46 geschlossen wird. Der EDA-Betrieb kann durch Schließen der Bremse 04 und somit durch Einlegen des ersten Vorwärtsganges beendet werden. Ferner kann im EDA-Betrieb bis zum zweiten, dritten oder vierten Vorwärtsgang gefahren werden, wobei durch Schließen des Weiteren, dem jeweiligen Gang zugeordneten Schaltelementes der EDA-Betrieb beendet und der entsprechende Vorwärtsgang des Getriebes geschaltet wird. Durch Schließen der dritten, zweiten oder ersten Kupplung 35, 34, 14 wird somit aus dem EDA-Betrieb der zweite, dritte bzw. vierte Vorwärtsgang geschaltet.
Im Rahmen einer Variante der Erfindung bei unveränderter Funktionsweise und bezugnehmend auf 9 ist das weitere Schaltelement, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, als Bremse 05 ausgeführt, durch deren Schließen die fünfte Welle 5 an das Gehäuse G ankoppelbar ist. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 8 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 04 für das weitere Schaltelement durch das Bezugszeichen 05 ersetzt wird. Analog dazu wird zum Beenden des EDA-Betriebs bei geschlossener vierter Kupplung 46 die Bremse 05 geschlossen, um in den ersten Vorwärtsgang des Getriebes zu schalten.
Bei den in 7 und 9 gezeigten Beispielen sind die vierte bzw. fünfte Welle 4, 5 des Getriebes über die Bremsen 04, 05 an die Welle 0 ankoppelbar, durch die das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 an das Gehäuse G gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung, die Gegenstand der 10 ist, ist bei unveränderter Funktionsweise des Getriebes das weitere Schaltelement, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, als Kupplung 45 ausgeführt, welche die vierte Welle mit der fünften Welle und somit den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema ist in 11 gezeigt und entspricht dem Schaltschema gemäß 8 mit dem Unterschied, dass die Funktionalität der Bremse 04, durch die die vierte Welle an das Gehäuse G ankoppelbar ist, durch die Funktionalität der Kupplung 45 ersetzt wird, welche die vierte Welle 4 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet. Analog dazu wird zum Beenden des EDA-Betriebs bei geschlossener vierter Kupplung 46 die Kupplung 45 geschlossen, um in den ersten Vorwärtsgang des Getriebes zu schalten.
In 12 wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Getriebes dargestellt, die sich bei unveränderter Funktionsweise von der Ausführungsform nach 7 dadurch unterscheidet, dass die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 angeordnet sind, wodurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung des Getriebes ermöglicht wird, wobei 13 ein Getriebe zeigt, welches sich aus dem Getriebe gemäß 9 bei unveränderter Funktionsweise durch die axiale Reihenfolge dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 ergibt. In 14 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach 10 bei unveränderter Funktionsweise dadurch unterscheidet, dass die Planetenradsätze zur Realisierung einer Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung des Getriebes axial betrachtet in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 angeordnet sind.
Wie bereits ausgeführt, kann zumindest einer der bei den gezeigten Beispielen als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze des Getriebes als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird. Beispielsweise kann bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 der zweite Planetenradsatz RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn bei sonst unverändertem Getriebeaufbau die sechste Welle 6 mit dem Steg und die Abtriebswelle 2 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden sind. Um die gleichen Übersetzungen wie bei der Ausführung gemäß 1 bei sonst unverändertem Getriebeaufbau zu erzielen, wird der Betrag der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes RS2 im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht.
Erfindungsgemäß ist es ferner optional möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des Weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

0, 0‘: Welle
1: erste Welle, Antriebswelle
2: zweite Welle, Abtriebswelle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
04: als Bremse ausgeführtes weiteres Schaltelement zur Verblockung des ersten Planetenradsatzes RS1
05: als Bremse ausgeführtes weiteres Schaltelement zur Verblockung des ersten Planetenradsatzes RS1
14: erste Kupplung
34: zweite Kupplung
35: dritte Kupplung
45: als Kupplung ausgeführtes weiteres Schaltelement zur Verblockung des ersten Planetenradsatzes RS1
46: vierte Kupplung
56: dritte Kupplung
A: fünfte Kupplung
B: sechste Kupplung
EM: Elektromaschine
G: Gehäuse
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012212257 A1 [0004, 0009]

Claims

Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine (EM) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6) sowie Schaltelemente (04, 05, 14, 34, 35, 45, 46), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Sonnenrad eines dritten Planetenradsatzes (RS3) an das Gehäuse (G) gekoppelt sind und die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (14) mit einer mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbundenen vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, welche über eine zweite Kupplung (34) mit einer mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen dritten Welle (3) lösbar verbindbar und über eine vierte Kupplung (46) mit einer mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, wobei die dritte Welle (3) über eine dritte Kupplung (35) mit einer mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbundenen fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist und die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist und wobei die dritte Welle (3) mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine (EM) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6) sowie Schaltelemente (04, 05, 14, 34, 35, 45, 46), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) und das Sonnenrad eines dritten Planetenradsatzes (RS3) an das Gehäuse (G) gekoppelt sind und die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (14) mit einer mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbundenen vierten Welle (4) lösbar verbindbar ist, welche über eine zweite Kupplung (34) mit einer mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen dritten Welle (3) lösbar verbindbar und über eine vierte Kupplung (46) mit einer mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, wobei die dritte Welle (3) über eine dritte Kupplung (35) mit einer mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbundenen fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist und die Abtriebswelle (2) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist und wobei die dritte Welle (3) über eine fünfte Kupplung (A) mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist und die fünfte Welle (5) über eine sechste Kupplung (B) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Schaltelement (04, 05, 45) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist, wobei das weitere Schaltelement als Bremse (04) ausgeführt ist, durch die die vierte Welle (4) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist oder als Bremse (05) ausgeführt ist, durch die die fünfte Welle (5) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist oder als Kupplung (45) ausgeführt ist, welche die vierte Welle (4) mit der fünften Welle (5) und somit den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) lösbar verbindet.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) als Minus-Planetenradsätze ausgeführt sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei die Steg- und Hohlradanbindung des als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Planetenradsatzes im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung um 1 erhöht wird.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors in der Reihenfolge erster Planetenradsatz (RS1), zweiter Planetenradsatz (RS2), dritter Planetenradsatz (RS3) oder in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz (RS3), zweiter Planetenradsatz (RS2), erster Planetenradsatz (RS1) angeordnet sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente des Getriebes als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Schaltelemente in einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden, wenn diese Schaltelemente eine gemeinsame Welle aufweisen und nicht in einem der Gänge gleichzeitig geschalten werden müssen.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fünf mechanische Vorwärtsgänge und ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang realisierbar sind, wobei die fünf mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 2–6 des Getriebes bilden, wobei der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen der vierten Kupplung (46) über eine EDA-Verschaltung geschaltet wird, wobei sich der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der dritten und vierten Kupplung (35, 46), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung (34, 46), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung (14, 46), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung (14, 34), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (14, 35) und wobei sich der elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch die Anbindung der Elektromaschine (EM) an die dritte Welle (3) ohne Zuschalten eines Schaltelementes ergibt, wobei alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine (EM) lastschaltbar erfolgen und wobei im elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in alle Vorwärtsgänge durch Vorwählen eines einem beliebigen Gang entsprechenden Schaltelementes und anschließendes Schalten des Weiteren, diesem Gang zugeordneten Schaltelementes durchführbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass fünf mechanische Vorwärtsgänge und zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei die fünf mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 2–6 des Getriebes bilden, wobei der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen der vierten Kupplung (46) und der fünften Kupplung (A) über eine EDA-Verschaltung geschaltet wird, wobei sich der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der dritten und vierten Kupplung (35, 46), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung (34, 46), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung (14, 46), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung (14, 34), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (14, 35), wobei sich der erste elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (34) und der sechsten Kupplung (B) ergibt, wobei in diesem Gang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der vierten Kupplung (46) und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (14) durchführbar ist, wobei sich der zweite elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch die Anbindung der Elektromaschine (EM) an die dritte Welle (3) durch Schließen der fünften Kupplung (A) ergibt, wobei im zweiten elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in alle Vorwärtsgänge durch Vorwählen eines einem beliebigen Gang entsprechenden Schaltelementes und anschließendes Schalten des Weiteren, diesem Gang zugeordneten Schaltelementes durchführbar ist, wobei alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine (EM) lastschaltbar durchführbar sind und wobei die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang und vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener vierter Kupplung (46) und geschlossener sechster Kupplung (B) als elektrodynamische Schaltungen (EDS) durchführbar sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im EDA-Betrieb bei mit der Elektromaschine (EM) verbundener dritter Welle (3) durch Schließen der vierten Kupplung (46) eine Fahrt bis zum zweiten, dritten oder vierten Vorwärtsgang durchführbar ist, wobei durch Schließen des Weiteren, dem jeweiligen Gang zugeordneten Schaltelementes der EDA-Betrieb beendet und der entsprechende Vorwärtsgang des Getriebes geschaltet wird.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die dritte Welle (3) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist, sechs mechanische Vorwärtsgänge und ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang realisierbar sind, wobei die sechs mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden, wobei sich der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen des weiteren Schaltelementes (04, 05, 45), durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist, und der vierten Kupplung (46), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der dritten und vierten Kupplung (35, 46), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung (34, 46), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung (14, 46), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung (14, 34), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (14, 35) und wobei sich der elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch die Anbindung der Elektromaschine (EM) an die dritte Welle (3) ohne Zuschalten eines Schaltelementes ergibt, wobei alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine (EM) lastschaltbar erfolgen und wobei im elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in alle Vorwärtsgänge durch Vorwählen eines einem beliebigen Gang entsprechenden Schaltelementes und anschließendes Schalten des Weiteren, diesem Gang zugeordneten Schaltelementes durchführbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die dritte Welle (3) über eine fünfte Kupplung (A) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist, und die fünfte Welle (5) über eine sechste Kupplung (B) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist, sechs mechanische Vorwärtsgänge und zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei die sechs mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden, wobei sich der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen des weiteren Schaltelementes (04, 05, 45), durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist, und der vierten Kupplung (46), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der dritten und vierten Kupplung (35, 46), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und vierten Kupplung (34, 46), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und vierten Kupplung (14, 46), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung (14, 34), der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (14, 35), wobei sich der erste elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (34) und der sechsten Kupplung (B) ergibt, wobei in diesem Gang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der vierten Kupplung (46) und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (14) durchführbar ist, wobei sich der zweite elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch die Anbindung der Elektromaschine (EM) an die dritte Welle (3) durch Schließen der fünften Kupplung (A) ergibt, wobei im zweiten elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in alle Vorwärtsgänge durch Vorwählen eines einem beliebigen Gang entsprechenden Schaltelementes und anschließendes Schalten des Weiteren, diesem Gang zugeordneten Schaltelementes durchführbar ist, wobei alle sequentiellen Schaltungen abtriebsgestützt durch die Elektromaschine (EM) lastschaltbar durchführbar sind und wobei die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang und vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener vierter Kupplung (46) und geschlossener sechster Kupplung (B) als elektrodynamische Schaltungen (EDS) durchführbar sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im EDA-Betrieb bei mit der Elektromaschine (EM) verbundener dritter Welle (3) durch Schließen der vierten Kupplung (46) eine Fahrt bis zum ersten, zweiten, dritten, oder vierten Vorwärtsgang möglich ist, wobei durch Schließen des Weiteren, dem jeweiligen Gang zugeordneten Schaltelementes der EDA-Betrieb beendet und der entsprechende Vorwärtsgang des Getriebes geschaltet wird.