DE102014220820A1

DE102014220820A1 - Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102014220820A1
Application number: DE102014220820.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Matthias Horn; Michael Wechs; Jens Moraw; Viktor Warth; Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier; Stephan Scharr; Julian King; Eckehard Münch; Bernd Knöpke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-10-15
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) an das Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden und über eine erste Kupplung (16) mit einer mit dem Steg eines dritten Planetenradsatzes (RS3) verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung (56) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden und über eine Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden und mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) verbunden oder wirkverbunden ist und eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist, eine zweite Kupplung (26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz (RS3) verblockbar ist und wobei ein weiteres Schaltelement (03, 34) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar 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, sodass 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 sechs 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 fünf vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte Schaltelemente vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt. Ferner können zwei weitere Schaltelemente vorgesehen sein, über die die Elektromaschine an jeweils eine Welle des Getriebes anbindbar ist.
Die Planetenradsätze des Getriebes sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Sonnenrad des ersten 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 dritten Planetenradsatzes drehfest verbundenen sechsten Welle lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung mit der fünften Welle lösbar verbindbar ist und 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 ist, wobei die fünfte Welle mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine Bremse an das Gehäuse ankoppelbar ist.
Ferner ist die dritte Welle mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine vierte 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 vierte Welle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist und die Abtriebswelle des Getriebes mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist.
Gemäß der Erfindung ist eine zweite Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz verblockbar ist. Die zweite Kupplung kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Kupplung ausgeführt sein, welche die vierte Welle mit der sechsten Welle und somit das Sonnenrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes lösbar verbindet. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die zweite Kupplung als Kupplung ausgeführt sein, welche die Abtriebswelle mit der sechsten Welle und somit das Hohlrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes lösbar verbindet.
Erfindungsgemäß ist ein weiteres Schaltelement vorgesehen, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist. Das weitere Schaltelement kann gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Bremse ausgeführt sein, welche die dritte Welle mit dem Gehäuse verbindet, wodurch der erste Planetenradsatz, dessen Sonnenrad an das Gehäuse gekoppelt ist, verblockt wird. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist das weitere Schaltelement als Kupplung ausgeführt, welche die dritte Welle mit der vierten 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 die Reihenfolge axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, erster Planetenradsatz ist.
Bei dieser Ausgestaltung sind sechs mechanische Vorwärtsgänge, d.h. verbrennungsmotorische Gänge und zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge, d.h. Gänge bei rein elektrischem Fahrbetrieb, realisierbar, wobei die sechs erzielbaren mechanischen Vorwärtsgänge den Vorwärtsgängen 1–6 des Getriebes entsprechen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektromaschine permanent fest mit der dritten Welle des Getriebes verbunden oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb wirkverbunden, wobei die lösbare Verbindung der sechsten Welle mit der Elektromaschine und ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang entfallen.
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 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: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
6: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 5;
7: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
8: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
9: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
10: eine schematische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
11: 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 fünf Schaltelemente 03, 05, 16, 46, 56 vorgesehen, mit denen ein selektives Schalten von sechs mechanischen, d.h. verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen realisierbar ist. Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Schaltelemente 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.
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 an ein Gehäuse G des Getriebes gekoppelt ist (Welle 0), wobei die Antriebswelle 1 mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine erste Kupplung 16 mit der mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbundenen sechsten Welle 6 lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung 56 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine Bremse 05 an das Gehäuse G ankoppelbar ist.
Zudem ist die sechste Welle 6 über eine vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführte fünfte Kupplung B mit dem Rotor einer Elektromaschine EM lösbar drehfest verbindbar. Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen kann die sechste Welle 6 mit der Elektromaschine EM über die fünfte Kupplung 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 des Bauteils zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung die Drehzahlen der Elektromaschine EM erhöht und das Drehmoment verringert werden.
Bezugnehmend auf 1 ist die dritte Welle 3 mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ausgeführte vierte Kupplung A mit dem Rotor der Elektromaschine EM drehfest verbindbar oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, wirkverbindbar, wobei die vierte Welle 4 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbunden ist und die Abtriebswelle 2 des Getriebes mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbunden ist.
Die dritte Welle 3 und die sechste Welle 6 können im Rahmen weiterer Ausführungsformen zur Realisierung einer achsparallelen, seitlichen Anordnung der Elektromaschine EM mit dem Rotor der Elektromaschine EM über die vierte und fünfte Kupplung A, B und eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb lösbar wirkverbindbar sein.
Gemäß der Erfindung ist eine zweite Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz RS3 verblockbar ist. Die zweite Kupplung ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Kupplung 46 ausgeführt, welche die vierte Welle 4 mit der sechsten Welle 6 und somit das Sonnenrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 lösbar verbindet.
Ferner ist ein weiteres Schaltelement vorgesehen, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das weitere Schaltelement als Bremse 03 ausgeführt, welche die dritte Welle 3 mit dem Gehäuse G verbindet, wodurch der erste Planetenradsatz RS1, dessen Sonnenrad an das Gehäuse G gekoppelt ist, verblockt wird. Bei dem gezeigten Beispiel sind die dritte und fünfte Welle 3, 5 des Getriebes über die Bremsen 03, 05 an die Welle 0 ankoppelbar, durch die das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 an das Gehäuse G gekoppelt ist.
Bei dem gezeigten Getriebe können z.B. die Bremsen 03, 05 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. Ferner können die vierte und fünfte Kupplung A, B zur Anbindung der dritten und sechsten Welle 3, 6 an die Elektromaschine EM in einem Doppelschaltelement mit einem gemeinsamen Aktuator zusammengefasst werden.
In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. Das Mehrstufengetriebe weist sechs mechanische Vorwärtsgänge auf, die bei dem gezeigten Beispiel die Vorwärtsgänge 1–6 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 zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge, d.h. Gänge im rein elektrischen Fahrbetrieb, auf, die in 2 mit E1 und E2 bezeichnet sind.
Der erste Vorwärtsgang des Getriebes ergibt sich bei dem gezeigten Beispiel durch Schließen der Bremse 05, über die die fünfte Welle 5 an das Gehäuse G ankoppelbar ist, und der dritten Kupplung 56, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse 03, welche die dritte Welle 3 mit dem Gehäuse G verbindet und der dritten Kupplung 56, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung 46, 56, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung 16, 56, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung 16, 46 und der sechste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der Bremse 05, über die die fünfte Welle 5 an das Gehäuse G ankoppelbar ist und der ersten Kupplung 16. Zur Realisierung zumindest eines Rückwärtsgangs werden die Gänge 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 erste elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E1 ergibt sich durch Schließen der zweiten Kupplung 46 und der fünften Kupplung B, durch deren Schließen die Elektromaschine EM mit der sechsten Welle 6 verbunden wird, wobei in diesem Gang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Kupplung 56 und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung 16 durchgeführt werden kann.
Ferner ergibt sich der zweite elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E2 durch Schließen der zweiten Kupplung 46 und der vierten Kupplung A, durch deren Schließen die Elektromaschine EM mit der dritten Welle 3 verbunden wird, wobei in diesem Gang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Kupplung 56 und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung 16 durchgeführt werden kann. In vorteilhafter Weise wird bei einer Schaltung vom ersten in den zweiten elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang lediglich ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen, da in beiden Gängen die zweite Kupplung 46 geschlossen bleibt.
Gemäß der Erfindung ist ein EDA-Anfahren möglich, wobei zu diesem Zweck die dritte Kupplung 56 geschlossen wird. Hierbei wird im zweiten und dritten Planetenradsatz RS2, RS3 eine Drehzahlüberlagerung der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der Drehzahl der bei geschlossener vierter Kupplung A über die dritte Welle 3 angebundenen Elektromaschine EM 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. Der EDA-Betrieb kann hierbei durch Schließen der Bremse 05, über die die fünfte Welle 5 an das Gehäuse G ankoppelbar ist, und somit durch Einlegen des ersten Vorwärtsganges beendet werden.
Ferner kann im EDA-Betrieb bis zum zweiten, dritten bzw. 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 Bremse 03, welche die dritte Welle 3 mit dem Gehäuse G verbindet, der zweiten Kupplung 46 oder der ersten Kupplung 16 wird somit der zweite, dritte bzw. vierte Vorwärtsgang geschaltet.
In vorteilhafter Weise können die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang, vom dritten in den vierten Vorwärtsgang, vom vierten in den fünften Vorwärtsgang und vom fünften in den sechsten Vorwärtsgang 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.
Bei einer Schaltung vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom zweiten in den dritten und vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bleibt die dritte Kupplung 56 geschlossen, wobei die Elektromaschine EM entweder mit der dritten Welle 3 durch Schließen der vierten Kupplung A oder mit der sechsten Welle 6 durch Schließen der fünften Kupplung B verbunden ist. Bei einer Schaltung vom vierten in den fünften Vorwärtsgang und vom fünften in den sechsten Vorwärtsgang bleibt die erste Kupplung 16 geschlossen, wobei die Elektromaschine EM mit der dritten Welle 3 durch Schließen der vierten Kupplung A verbunden ist.
Somit sind alle Schaltungen elektrodynamische Schaltungen, bei denen auch während der Schaltung gute Fahrleistungen erzielbar sind.
Wenn auf den ersten elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang E1, zur dessen Realisierung die Elektromaschine EM mit der sechsten Welle verbunden wird, verzichtet werden kann, ist eine Verbindung der Elektromaschine EM mit der sechsten Welle 6 nicht erforderlich und die Elektromaschine EM kann erfindungsgemäß permanent fest mit der dritten Welle 3 verbunden oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb wirkverbunden sein, wodurch bei sonst unveränderter Getriebestruktur die vierte und fünfte Kupplung A, B entfallen. Diese Ausgestaltung ist Gegenstand der 3. Bei dieser Ausgestaltung entfällt im Schaltschema nach 2 der erste elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E1.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird in vorteilhafter Weise mittels der Elektromaschine EM des Getriebes bei allen Schaltungen die Zugkraft aufrechterhalten. Dies resultiert in einer Reduzierung der Schleppverluste und im Entfall der Notwendigkeit einer Anfahrkupplung oder eines Drehmomentwandlers mit Überbrückungskupplung.
Das in 4 gezeigte Beispiel unterscheidet sich bei unveränderter Funktionsweise vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass die zweite Kupplung, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz RS3 verblockbar ist, als Kupplung 26 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der sechsten Welle 6 und somit das Hohlrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 lösbar verbindet.
Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 46 für die zweite Kupplung durch das Bezugszeichen 26 ersetzt wird. Analog dazu wird zum Beenden des EDA-Betriebs bei geschlossener dritter Kupplung 56 die zweite Kupplung 26 geschlossen, um in den dritten Vorwärtsgang zu schalten.
In 5 wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Getriebes dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach 1 bei unveränderter Funktionsweise dadurch unterscheidet, dass das weitere Schaltelement, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, als Kupplung 34 ausgeführt ist, welche die dritte Welle 3 mit der vierten Welle 4 und somit den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet.
Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema ist Gegenstand der 6 und entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass die Funktionalität der Bremse 03 durch die Funktionalität der die dritte Welle 3 mit der vierten Welle 4 lösbar verbindenden Kupplung 34 ersetzt wird. Analog dazu wird zum Beenden des EDA-Betriebs bei geschlossener dritter Kupplung 56 die Kupplung 34, welche die dritte Welle 3 mit der vierten Welle 4 lösbar verbindet, geschlossen, um in den zweiten Vorwärtsgang zu schalten.
Gegenstand der 7 ist eine Ausführungsform, die sich bei unveränderter Funktionsweise von der Ausführungsform nach 5 dadurch unterscheidet, dass die zweite Kupplung, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz RS3 verblockbar ist, als Kupplung 26 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der sechsten Welle 6 und somit das Hohlrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 lösbar verbindet.
Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 6 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 46 für die zweite Kupplung durch das Bezugszeichen 26 ersetzt wird. Analog dazu wird zum Beenden des EDA-Betriebs bei geschlossener dritter Kupplung 56 die zweite Kupplung 26 geschlossen, um in den dritten Vorwärtsgang zu schalten.
Das in 8 gezeigte Getriebe entspricht dem Getriebe gemäß 1, mit dem Unterschied, 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 9 ein Getriebe zeigt, welches sich aus dem Getriebe gemäß 4 durch die axiale Reihenfolge in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 ergibt. Gegenstand der 10 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform, die sich aus dem Getriebe gemäß 5 durch die axiale Reihenfolge in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors dritter Planetenradsatz RS3, zweiter Planetenradsatz RS2, erster Planetenradsatz RS1 ergibt. Die Ausführungsform gemäß 11 entspricht der Ausführungsform gemäß 7, wobei 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. Durch die unterschiedliche Anordnung der Planetenradsätze bleiben die Schaltschemata unverändert.
Im Rahmen weiterer Varianten kann ausgehend von den in 4, 5, 7, 8, 9, 10 und 11 gezeigten Getrieben bei sonst unverändertem Getriebeaufbau analog zum Ausführungsbeispiel nach 3 die vierte und fünfte Kupplung A, B entfallen, wobei die lösbare Verbindung der Elektromaschine EM mit der sechsten Welle 6 entfällt und die Elektromaschine EM permanent fest mit der dritten Welle 3 verbunden oder über ein Bauteil zur Erzeugung einer konstanten Vorübersetzung, beispielsweise einen weiteren Planetenradsatz, eine Stirnradstufe oder einen Ketten- oder Riementrieb wirkverbunden ist. Bei diesen Ausgestaltungen entfällt der erste elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang E1.
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 dritte Welle 3 mit dem Steg und die fünfte Welle 5 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: Welle
1: erste Welle, Antriebswelle
2: zweite Welle, Abtriebswelle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
03: weiteres Schaltelement zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1
05: Bremse
16: erste Kupplung
26: zweite Kupplung
34: weiteres Schaltelement zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1
46: zweite Kupplung
56: dritte Kupplung
A: vierte Kupplung
B: fünfte 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 für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und drei als Minus-Planetenradsätze ausgeführte Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6) sowie fünf Schaltelemente (03, 05, 16, 26, 34, 46, 56), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) an das Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (16) mit einer mit dem Steg eines dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung (56) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist und eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei eine zweite Kupplung (26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz (RS3) verblockbar ist und wobei ein weiteres Schaltelement (03, 34) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und drei als Minus-Planetenradsätze ausgeführte Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), welche in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6) sowie fünf Schaltelemente (03, 05, 16, 26, 34, 46, 56), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) an das Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (16) mit einer mit dem Steg eines dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, welche über eine fünfte Kupplung (B) mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist und über eine dritte Kupplung (56) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine vierte Kupplung (A) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist und eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei eine zweite Kupplung (26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz (RS3) verblockbar ist und wobei ein weiteres Schaltelement (03, 34) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar 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 fünf Schaltelemente (03, 05, 16, 26, 34, 46, 56), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) an das Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (16) mit einer mit dem Steg eines dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, welche über eine dritte Kupplung (56) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist und eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei eine zweite Kupplung (26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz (RS3) verblockbar ist und wobei ein weiteres Schaltelement (03, 34) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar 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 fünf Schaltelemente (03, 05, 16, 26, 34, 46, 56), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes (RS1) an das Gehäuse (G) des Getriebes gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (1) mit dem Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Kupplung (16) mit einer mit dem Steg eines dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbundenen sechsten Welle (6) lösbar verbindbar ist, welche über eine fünfte Kupplung (B) mit dem Rotor einer Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist und über eine dritte Kupplung (56) mit einer fünften Welle (5) lösbar verbindbar ist, die mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine vierte Kupplung (A) mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbindbar oder wirkverbindbar ist und eine vierte Welle (4) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden ist, wobei eine zweite Kupplung (26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der dritte Planetenradsatz (RS3) verblockbar ist und wobei ein weiteres Schaltelement (03, 34) vorgesehen ist, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung als Kupplung (46) ausgeführt ist, welche die vierte Welle (4) mit der sechsten Welle (6) und somit das Sonnenrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) lösbar verbindet oder als Kupplung (26) ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle (2) mit der sechsten Welle (6) und somit das Hohlrad mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) lösbar verbindet.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltelement, durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist, als Bremse (03) ausgeführt ist, welche die dritte Welle (3) mit dem Gehäuse (G) verbindet oder als Kupplung (34) ausgeführt ist, welche die dritte Welle (3) mit der vierten Welle (4) und somit den Steg mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) lösbar verbindet.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) als Minus-Planetenradsätze ausgeführt ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Planetenradsatz (RS1, RS2, RS3) 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 einem der vorherigen Ansprüche, 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 10, 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 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sechs mechanische Vorwärtsgänge und ein elektromotorisch angetriebener Vorwärtsgang realisierbar sind, wobei die sechs mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden, wobei der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen der Bremse (05), über die die fünfte Welle (5) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, und der dritten Kupplung (56), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des weiteren Schaltelementes (03, 34), durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist und der dritten Kupplung (56), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (26, 46) und der dritten Kupplung (56), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (16, 56), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) und der zweiten Kupplung (26, 46), wobei sich der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse (05), über die die fünfte Welle (5) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und der ersten Kupplung (16) ergibt, wobei sich der elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (26, 46) ergibt, wobei die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56), vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56), vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56), vom vierten in den fünften Vorwärtsgang bei geschlossener erster Kupplung (16) und vom fünften in den sechsten Vorwärtsgang bei geschlossener erster Kupplung (16) als elektrodynamische Schaltungen (EDS) ausführbar sind und wobei im elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Kupplung (56) und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) durchführbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sechs mechanische Vorwärtsgänge und zwei elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei die sechs mechanischen Vorwärtsgänge die Vorwärtsgänge 1–6 des Getriebes bilden, wobei der erste Vorwärtsgang des Getriebes durch Schließen der Bremse (05), über die die fünfte Welle (5) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, und der dritten Kupplung (56), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des weiteren Schaltelementes (03, 34), durch dessen Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist und der dritten Kupplung (56), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (26, 46) und der dritten Kupplung (56), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung (16, 56), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) und der zweiten Kupplung (26, 46), wobei sich der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der Bremse (05), über die die fünfte Welle (5) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist, und der ersten Kupplung (16) ergibt, wobei sich der erste elektromotorisch angetriebene Gang durch Schließen der zweiten Kupplung (26, 46) und der fünften Kupplung (B) ergibt und sich der zweite elektromotorisch angetriebene Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (26, 46) und der vierten Kupplung (A) ergibt, wobei die Schaltungen vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56) und vierter oder fünfter Kupplung (A, B), vom zweiten in den dritten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56) und vierter oder fünfter Kupplung (A, B), vom dritten in den vierten Vorwärtsgang bei geschlossener dritter Kupplung (56) und vierter oder fünfter Kupplung (A, B), vom vierten in den fünften Vorwärtsgang bei geschlossener erster und vierter Kupplung (16, A) und vom fünften in den sechsten Vorwärtsgang bei geschlossener erster und vierter Kupplung (16, A) als elektrodynamische Schaltungen (EDS) ausführbar sind und wobei im ersten und zweiten elektromotorisch angetriebenen Vorwärtsgang ein Hinzuschalten des Verbrennungsmotors unter Erhaltung der Zugkraft in den dritten Vorwärtsgang durch Schließen der dritten Kupplung (56) und in den fünften Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) durchführbar ist.
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 dritten Kupplung (56) 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.