DE102014222153B4 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug sowie Verfahren zur Steuerung eines solchen Hybridantriebsstranges - Google Patents

Getriebe für ein Kraftfahrzeug, Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug sowie Verfahren zur Steuerung eines solchen Hybridantriebsstranges Download PDF

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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3), sowie einem ersten Schaltelement (K2), einem zweiten Schaltelement (B2), einem dritten Schaltelement (K1), und einem vierten Schaltelement (B1), wobei der erste, der zweite und der dritte Planetenradsatz (P1, P2, P3) je ein erstes Element (E11, E12, E13) ein zweites Element (E21, E22, E23) und ein drittes Element (E31, E32, E33) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12, E13) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22, E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32, E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei die Eingangswelle (GW1) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (GW2) mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1) eine erste, eine zweite und eine dritte Koppelung (V1, V2, V3) aufweist, wobei die erste Koppelung (V1) zwischen dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) besteht, wobei die zweite Koppelung (V2) zwischen dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, wobei die dritte Koppelung (V3) zwischen dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und einem Gehäuse (GG) oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes (G) besteht, wobei zwei der drei Koppelungen (V1, V2, V3) durch eine ständig drehfeste Verbindung gebildet sind und die verbleibende der drei Koppelungen (V1, V2, V3) durch eine mittels des zweiten Schaltelements (B2) schaltbare Verbindung gebildet ist, wobei das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (K2) zwei der drei Elemente (E13, E23, E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) miteinander verbindbar sind, und wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) miteinander verbindbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, drei Planetenradsätzen und zumindest vier Schaltelementen. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, sowie Verfahren zur Steuerung eines solchen Hybridantriebsstranges.
  • Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also festen Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
  • Aus der Patentanmeldung DE 10 2005 002 337 A1 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, bei dem insgesamt acht Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch selektives Eingreifen von fünf Schaltelementen schaltbar sind. Dieses Mehrstufengetriebe weist vier Planetenradsätze auf, welche allesamt als Minus-Radsätze ausgebildet sind.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2005 035 328 A1 beschreibt ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer Mehrzahl von schaltbaren Gängen. Das Doppelkupplungsgetriebe weist eine Elektromaschine auf, welche so ausgebildet und angeordnet ist, dass diese in der Lage ist, ein Drehmoment direkt in die Eingangsseite der Doppelkupplung einzuleiten oder von diesen aufzunehmen.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2012 220 829 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug. Zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors an den Abtrieb aus rein elektrischer Fahrt heraus wird das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Moment über die schlupfend betriebene Trennkupplung übertragen, um ein bei der rein elektrischen Fahrt zuvor geschlossenes Schaltelement zu entlasten und im entlasteten Zustand auszulegen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, alternative Ausführungsformen des im Stand der Technik bekannten Getriebes mit verringerter Gangzahl bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Verfahren zum Betrieb eines solchen Getriebes in einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs anzugeben.
  • Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die weitere Aufgabe wird einerseits durch die Merkmale des Patentanspruchs 17 und ferner durch die Merkmale des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Das Getriebe weist eine Eingangswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz auf. Darüber hinaus weist das Getriebe ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement auf.
  • Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
  • Jeder der drei Planetenradsätze weist ein erstes, zweites und drittes Element auf. Jeder der drei Planetenradsätze kann entweder als Minus-Radsatz oder als Plus-Radsatz ausgebildet sein. Das erste Element wird stets durch das Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes.
  • Die Eingangswelle ist ständig mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Die Abtriebswelle ist ständig mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden.
  • Der erste Planetenradsatz weist insgesamt drei Koppelungen auf. Eine erste Koppelung besteht zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Eine zweite Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Eine dritte Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und einem Gehäuse oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes. Von den drei Koppelungen sind zwei durch eine ständige Verbindung gebildet, wobei die verbleibende der drei Koppelungen durch eine schaltbare Verbindung gebildet ist. Bei dem Schaltelement in der schaltbaren Verbindung handelt es sich um das zweite Schaltelement. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird eine Drehmomentübertragung zwischen den drei Elementen des ersten Planetenradsatzes ermöglicht. Im geöffneten Zustand des zweiten Schaltelements kann damit keine Leistung zwischen den drei Elementen des ersten Planetenradsatzes übertragen werden, wobei geringfügige Verlustleistungen beispielsweise infolge von Reibung zu vernachlässigen sind. Durch Schließen des vierten Schaltelements wird zumindest das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, indem es über das vierte Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird.
  • Erfindungsgemäß ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Durch Schließen des ersten Schaltelements sind zwei der drei Elemente des dritten Planetenradsatzes miteinander verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements sind zwei der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes miteinander verbindbar.
  • Im Vergleich zu dem im Stand der Technik bekannten Mehrstufengetriebe weist das gegenständliche Getriebe drei statt vier Planetenradsätze auf, und vier statt fünf Schaltelemente. Dabei weist das gegenständliche Getriebe weiterhin einen guten Verzahnungswirkungsgrad, einen einfachen Aufbau und eine kompakte Bauweise auf, und zeichnet sich durch eine geringe Bauteilbelastung aus. Sämtliche Schaltelemente sind auch gut mit Druck- und Schmiermittel erreichbar, wodurch die Hydraulikfluidführung des Getriebes vereinfacht wird.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau wird zudem die Flexibilität bei der mechanischen Konstruktion des Getriebes verbessert. Denn es besteht die freie Wahl, welche der drei Elemente des zweiten, bzw. dritten Planetenradsatzes durch das dritte, bzw. erste Schaltelement miteinander verbunden werden. Werden zwei der drei Elemente Sonnenrad, Steg und Hohlrad eines Planetenradsatzes verbunden, so weisen diese Elemente ein festes Übersetzungsverhältnis mit dem Wert Eins auf. In anderen Worten wird der Planetenradsatz durch Verbinden von zwei seiner drei Elemente verblockt, sodass alle Elemente des Planetenradsatzes die gleiche Drehzahl aufweisen, wobei auch eine Drehmomentübertragung zwischen den drei Elementen des Planetenradsatzes gegeben ist. Abhängig von äußeren Randbedingungen kann beispielsweise durch das erste Schaltelement entweder das Sonnenrad mit dem Steg, oder das Sonnenrad mit dem Hohlrad, oder der Steg mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden werden, ohne die Funktionalität des Getriebes zu beeinflussen. Dies in gilt in gleicher Form für das dritte Schaltelement und den zweiten Planetenradsatz.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird durch Schließen des zweiten Schaltelements das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes sind ständig miteinander verbunden. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden.
  • Ist das zweite Schaltelement geschlossen, so wird gemäß der ersten Ausgestaltung des Getriebes das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, wodurch sich der erste Planetenradsatz im Leistungspfad des Getriebes befindet. Ist das zweite Schaltelement geöffnet, so erfährt das dritte Element des ersten Planetenradsatzes keine Abstützung. Zwischen dem ersten und zweiten Element des ersten Planetenradsatzes kann somit bei geöffnetem erstem Schaltelement keine Leistung übertragen werden. Das zweite Schaltelement kann als Bandbremse oder Lamellenbremse ausgebildet sein
  • Durch die ständige Verbindung zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes können die ersten Elemente, also die Sonnenräder einteilig hergestellt werden. Weisen beide Sonnenräder auch die gleiche Verzahnung mit gleichem Verzahnungsdurchmesser auf, so kann die Verzahnung in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Diese Ausgestaltung erleichtert somit den Aufbau und den Herstellungsaufwand des Getriebes.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird durch Schließen des zweiten Schaltelements das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig drehfest festgesetzt. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Im Vergleich zur ersten Ausgestaltung ist demnach das dritte Element des dritten Planetenradsatzes nun ständig drehfest festgesetzt, während das zweite Schaltelement sich nun im Kraftfluss zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes befindet.
  • Das zweite Schaltelement erfüllt dabei die gleiche Funktionalität wie in der ersten Ausgestaltung. Ist das zweite Schaltelement geöffnet, so kann zwischen den drei Elementen des ersten Planetenradsatzes kein Drehmoment übertragen werden, da das erste Element keine Abstützung erfährt.
  • Durch die Anordnung gemäß der zweiten Ausgestaltung kann das dritte Element des ersten Planetenradsatzes fest mit dem Gehäuse verbunden sein, wodurch der Aufbau des Getriebes erleichtert wird. Diese Anordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, insbesondere als Klauen-Schaltelement. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert. Die durch das zweite Schaltelement zu verbindenden Elemente sind Sonnenräder. Dies ist besonders für Klauen-Schaltelemente vorteilhaft, da die Sonnenräder den kleinsten Durchmesser der Planetenradsatzelemente aufweisen. Denn durch den geringen Wirkdurchmesser kann die Anfälligkeit für das Verkeilen der Klauen-Schaltelementhälften verringert werden. Ein derartiges Verkeilen wird durch einen schiefen Winkel zwischen den Achsen der Schaltelementhälften verursacht, welcher fertigungsbedingt unvermeidlich ist.
  • Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird durch Schließen des zweiten Schaltelements das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig drehfest festgesetzt. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Im Vergleich zur ersten Ausgestaltung ist demnach das dritte Element des dritten Planetenradsatzes nun ständig drehfest festgesetzt, während das zweite Schaltelement sich nun im Kraftfluss zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes befindet. Das zweite Schaltelement erfüllt dabei die gleiche Funktionalität wie in der ersten oder zweiten Ausgestaltung. Ist das zweite Schaltelement geöffnet, so kann zwischen den drei Elementen des ersten Planetenradsatzes kein Drehmoment übertragen werden, da das zweite Element keine Abstützung erfährt.
  • Durch die Anordnung gemäß der dritten Ausgestaltung werden Vorteile der ersten und zweiten Ausgestaltung miteinander kombiniert. Denn die Sonnenräder des ersten und zweiten Planetenradsatzes können einteilig hergestellt werden, und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes kann direkt in das Gehäuse des Getriebes eingebracht sein.
  • Durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements sind fünf Vorwärtsgänge zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle vorzugsweise automatisiert schaltbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der drei Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Bei einem Schaltvorgang in einen benachbarten Vorwärtsgang muss daher nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen.
  • Vorzugsweise sind sämtliche Planetenradsätze als Minus-Radsätze ausgebildet. Dadurch ist die Wahl der Standgetriebeübersetzung der Planetenradsätze nicht wesentlich eingeschränkt. Denn wird ein Minus-Radsatz durch einen Plus-Radsatz ersetzt, so ist der Betrag der Standgetriebeübersetzung des entsprechenden Minus-Radsatzes um den Wert Eins zu erhöhen, um mit dem Plus-Radsatz dieselbe Übersetzungswirkung zu erzielen wie mit dem Minus-Radsatz.
  • Vorzugsweise sind die drei Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet. In anderen Worten weisen die ersten, zweiten und dritten Elemente, also Sonnenrad, Steg und Hohlrad der drei Planetenradsätze im Wesentlichen die gleiche Drehachse auf. Ein etwaiger Achsversatz, welcher durch unvermeidliche Fertigungstoleranzen verursacht wird, bleibt dabei außer Betracht. In axialer Richtung sind die drei Planetenradsätze dabei in der folgenden Reihenfolge angeordnet: erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz.
  • Vorzugsweise sind das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement radial ineinander angeordnet. In anderen Worten ist entweder das erste Schaltelement in radialer Richtung innerhalb des dritten Schaltelements angeordnet oder umgekehrt. Dies ist insbesondere bei der oben genannten axialen Reihenfolge möglich, bei der der zweite Planetenradsatzes und der dritte Planetenradsatz in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Durch die radial geschachtelte Anordnung des ersten und dritten Schaltelements kann die axiale Baulänge des Getriebes verkürzt werden. Dies ist insbesondere bei der Anwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug vorteilhaft.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Da das zweite Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, bleibt das zweite Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang entweder geschlossen oder wird geöffnet, wird aber nicht geschlossen. Ein Öffnen eines Klauen-Schaltelements ist erheblich einfacher als der Schließ-Vorgang, da beim Schließen die Klauen erst in die dafür vorgesehen Lücken einrücken müssen, während beim Öffnen die Klauen lediglich lastfrei gestellt werden müssen. Beide Vorgänge benötigen Zeit, wobei besonders bei Schaltvorgängen von einem niedrigen Gang in einen höheren Gang die Schaltzeit aus fahrdynamischen Gründen möglichst kurz sein soll. Da das zweite Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang jedoch nie geschlossen werden muss, besteht durch die Ausbildung des zweiten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer.
  • Das vierte Schaltelement kann als Bandbremse oder Lamellenbremse ausgebildet sein. Ist die Bandbremse oder Lamellenbremse hydraulisch betätigt, so ist das zweite, bzw. vierte Schaltelement durch die gehäusenahe Anordnung gut mit Hydraulikfluid erreichbar. Dies vereinfacht die Hydraulikfluidführung des Getriebes.
  • Das Getriebe kann eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor aufweisen. Der Rotor ist dabei mit der Eingangswelle wirkverbunden, wobei diese Wirkverbindung entweder durch eine unmittelbare Anbindung oder über ein geeignetes Übersetzungsgetriebe ausgebildet sein kann, beispielsweise durch einen Planetenradsatz. Ein derart ausgestaltetes Getriebe weist zudem eine Anschlusswelle und eine Trennkupplung auf. Die Anschlusswelle ist über die Trennkupplung mit der Eingangswelle verbindbar. Durch diese zusätzlichen Komponenten erhält das Getriebe zusätzliche Funktionen, und ist somit in einem Hybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs verwendbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Trennkupplung als eine trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet. Eine Lamellenkupplung besteht aus einem Innenlamellenträger und einem Außenlamellenträger, wobei eine Vielzahl von Innenlamellen mit dem Innenlamellenträger verbunden ist, und eine Vielzahl von Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger verbunden ist. Die Innenlamellen und Außenlamellen sind alternierend angeordnet und überlappen einander. Wird normal zur Lamellenfläche der Lamellen eine Kraft auf die Lamellen aufgebracht, so wird ein Drehmoment von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger durch Reibung zwischen Innenlamellen und Außenlamellen übertragen. Das von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger übertragene Drehmoment hängt dabei von der aufgebrachten Kraft ab. Ist die Kraft groß genug um durch Kraftschluss eine Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen zu unterbinden, so wird das gesamte Drehmoment übertragen. Reicht die Kraft dazu nicht aus, so wird nur ein Teil des Drehmoments übertragen, wobei es zu einer Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen kommt. Dieser Zustand wird auch als Schlupfbetrieb bezeichnet. Durch Variation der auf die Lamellen aufgebrachten Kraft ist die Drehmomentübertragungsfähigkeit des ersten Schaltelements einstellbar.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Trennkupplung als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden, da die Trennkupplung im geöffneten Zustand wesentlich geringere Schleppverluste erzeugt als ein kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise eine Lamellenkupplung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Rückwärtsgang des Getriebes durch Rückwärtsdrehung des Rotors der elektrischen Maschine gebildet, wobei die Trennkupplung geöffnet ist und einer der fünf Vorwärtsgänge eingelegt ist. In anderen Worten weist das Getriebe keinen durch eine selektive Betätigung des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements gebildeten Rückwärtsgang auf. Stattdessen wird die elektrische Maschine so betrieben, dass der Rotor entgegen einer Vorzugsdrehrichtung der Eingangswelle rotiert. Durch diese Ausgestaltung kann im Vergleich zum Stand der Technik ein Schaltelement eingespart werden, wodurch die Komplexität des Getriebes und auch dessen Gewicht reduziert wird.
  • Das Getriebe kann Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Anschlusswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welches das Drehmoment auf Räder des Hybridfahrzeugs verteilt. Der Hybridantriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Hybridfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Hybridfahrzeug allein von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben, wobei die Trennkupplung geöffnet ist. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Hybridfahrzeug allein von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei die Trennkupplung geschlossen ist. In einem hybridischen Betrieb wird das Hybridfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
  • In manchen Betriebszuständen des Hybridfahrzeugs ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine erforderlich, wobei der Rotor durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Dazu ist die Trennkupplung geschlossen. Sind beide oder eines der beiden Schaltelemente, durch die ein Gang gebildet wird, nicht geschlossen, so wird dabei kein Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen. Soll das Hybridfahrzeug in diesem Betriebszustand unmittelbar anfahren, so wird eines der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt, während das andere der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente geschlossen bleibt oder geschlossen wird. Durch das im Schlupfbetrieb befindliche Schaltelement wird Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen, wobei die Drehzahl der Abtriebswelle durch Steuerung des Schlupfbetriebs stetig verändert werden kann. Das im Schlupfbetrieb betriebene Schaltelement ist dabei als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • Soll aus dem elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen oder hybridischen Betrieb gewechselt werden, so muss die Verbrennungskraftmaschine gestartet werden. Dies wird bevorzugt durch einen Schleppstart realisiert, bei dem die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine durch die Eingangswelle angetrieben wird. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Gang und geöffneter Trennkupplung eines der ersten, zweiten, dritten oder vierten Schaltelemente, welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen Schlupfbetrieb überführt. Das in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement ist dazu als ein kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung erhöht. Die Trennkupplung ist dazu ebenfalls als kraftschlüssiges Schaltelement mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet. Das vom geschlossenen Zustand in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement dient dazu, die notwendige Startdrehzahl der Kurbelwelle im Falle einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen und etwaige aus dem Startvorgang resultierende Drehmomentstörungen von der Abtriebswelle weitgehend zu entkoppeln.
  • Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
  • Zwei Elemente werden als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine durch ein Schaltelement lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
  • Ein Leistungspfad ist eine Wirkverbindung zwischen zwei Elementen, über die Drehmoment und Drehzahl zwischen den zwei Elementen übertragen werden können. Die Wirkverbindung kann die zwei Elemente über mehrere Elemente verbinden, wobei Drehmoment, Drehzahl und Drehrichtung zwischen den zwei Elementen durch geeignete Übersetzungsgetriebe, beispielsweise durch einen oder mehrere Planetenradsätze oder Stirnradstufen geändert werden können. Der Leistungspfad kann über geschlossene Schaltelemente führen. Die über den Leistungspfad übertragene Leistung bleibt dabei abgesehen von Reibungs- oder Strömungsverluste des Leistungspfads erhalten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
    • 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
    • 3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 6 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 7 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 8 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 9 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 10 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 11 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 12 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 13 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zwölften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 14 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 15 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 16 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 17 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechszehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
    • 18 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
  • 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und einen dritten Planetenradsatz P3 auf. Sämtliche Planetenradsätze P1, P2, P3 sind als Minus-Radsätze ausgebildet, und weisen je ein erstes Element E11, E12, E13, ein zweites Element E21, E22, E23 und ein drittes Element E31, E32, E33 auf. Das erste Element E11, E12, E13 ist einem Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 zugeordnet. Das zweite Element E21, E22, E23 ist einem Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 zugeordnet. Das dritte Element E31, E32, E33 ist einem Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 zugeordnet.
  • Jeder der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 kann auch als Plus-Radsatz ausgebildet sein. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Ausführungen nicht figürlich dargestellt. Wäre beispielsweise der erste Planetenradsatz P1 als Plus-Radsatz ausgebildet, so wäre das zweite Element E21 dem Hohlrad, und das dritte Element E31 dem Steg des ersten Planetenradsatzes P1 zugeordnet. Das erste Element E11 wäre weiterhin dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes P1 zugeordnet. Wird ein Minus-Radsatz durch einen Plus-Radsatz ersetzt, so muss der Betrag der Standgetriebeübersetzung dieses Planetenradsatzes um den Wert Eins erhöht werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.
  • Das Getriebe G weist ein erstes Schaltelement K2, ein zweites Schaltelement B2, ein drittes Schaltelement K1 und ein viertes Schaltelement B1 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 wird das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement B2 mit einem Gehäuse GG oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden wird. Dadurch wird eine dritte Koppelung V3 hergestellt. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des vierten Schaltelements B1 wird das zweite Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt, indem es über das vierte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden wird.
  • Die gewählte Darstellung der Schaltelemente K2, B2, K1, B1 ist lediglich schematisch anzusehen, und soll keinen Rückschluss auf die Bauart des Schaltelements geben. Beispielsweise können sämtliche Schaltelemente K2, B2, K1, B1 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Insbesondere das zweite Schaltelement B2 kann als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise als Klauen-Schaltelement.
  • Die Eingangswelle GW1 ist mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Die Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden, wodurch eine erste Koppelung V1 hergestellt wird. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden, wodurch eine zweite Koppelung V2 hergestellt wird. Die Schnittstellen zur Eingangswelle GW1 und zur Abtriebswelle GW2 sind koaxial zueinander und an entgegengesetzten Enden des Getriebes G angeordnet, wodurch sich das Getriebe G besonders für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit Front-Längs oder Heck-Längs-Antriebsstrang eignet. Die Eingangswelle GW1 durchgreift den ersten und zweiten Planetenradsatz P1, P2 dazu radial innen, während die Verbindung zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 den zweiten Planetenradsatz P2 radial außen umgreift. Ausgehend vom axialen Ende des Getriebes G, an dem die Eingangswelle GW1 angeordnet ist, sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3` angeordnet.
  • 2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G. Das Getriebe G weist fünf Vorwärtsgänge 1 bis 5 auf, welche in den Zeilen des Schaltschemas angeführt sind. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X dargestellt, welche der Schaltelemente K2, B2, K1, B1 in welchem Gang geschlossen sind. In einem ersten Vorwärtsgang 1 sind das zweite Schaltelement B2 und das vierte Schaltelement B1 geschlossen. In einem zweiten Vorwärtsgang 2 sind das zweite Schaltelement B2 und das dritte Schaltelement K1 geschlossen. In einem dritten Vorwärtsgang 3 sind das zweite Schaltelement B2 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. In einem vierten Vorwärtsgang 4 sind das dritte Schaltelement K1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. In einem fünften Vorwärtsgang 5 sind das erste Schaltelement K2 und das vierte Schaltelement B1 geschlossen. Dieses Schaltschema gilt für sämtliche Ausführungsformen.
  • 3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches sich durch die räumliche Anordnung der Komponenten zueinander vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Die Schnittstellen zur Eingangswelle GW1 und zur Abtriebswelle GW2 sind nun am selben axialen Ende des Getriebes G angeordnet. Die Abtriebswelle GW2 bildet eine Schnittstelle, an der die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung radial nach außen führbar ist. Dies wird durch einen nicht dargestellten Stirnradsatz realisiert. Dazu ist die Abtriebswelle GW2 mit einem Zahnrad des Stirnradsatzes verbunden, welches mit einem anderen Zahnrad des Stirnradsatzes kämmt, dessen Drehachse achsparallel zur Drehachse der Abtriebswelle GW2 ist. Diese Anordnung ist besonders für die Anwendung des Getriebes G in einem Front-Quer- oder einem Heck-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs geeignet. Die Eingangswelle GW1 durchgreift dazu den dritten Planetenradsatz P3 radial innen. Ausgehend vom axialen Ende des Getriebes G, an dem die Eingangswelle GW1 und die Abtriebswelle GW2 angeordnet sind, sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in der Reihenfolge dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1' angeordnet.
  • 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt.
  • 5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Die dadurch hergestellte Verbindung umgreift den ersten Planetenradsatz P1 radial innen. Dadurch weist das dritte Schaltelement K1 eine gute Zugänglichkeit für Druck- und Schmiermittel auf.
  • 6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E13 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt. Bei dieser Ausgestaltung kann das erste Schaltelement K2 auch radial außerhalb des dritten Schaltelements K1 angeordnet sein. Dies gilt auch für das in 1 und 3 dargestellte erste, bzw. zweite Ausführungsbeispiel.
  • 7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E13 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt.
  • 8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E13 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt.
  • 9 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu den in 1 und 3 dargestellten ersten und zweiten Ausführungsbeispielen wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt. Das erste Schaltelement K2 ist dabei auf jener Seite des dritten Planetenradsatzes P3 angeordnet, welche in axialer Richtung vom zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt ist. Dadurch weist das erste Schaltelement K2 eine gute Zugänglichkeit für Druck- und Schmiermittel auf.
  • 10 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel und dem in 7 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt.
  • 11 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel und dem in 7 dargestellten sechsten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des ersten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt.
  • Die in 4 bis 11 dargestellten Varianten und Kombinationen zur Anordnung des ersten und dritten Schaltelements K1, K3 sind in gleicher Weise auf das Getriebe gemäß dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel anwendbar. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Anordnungen nicht figürlich dargestellt.
  • 12 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten bis zehnten Ausführungsbeispiel ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 nun ständig drehfest mit dem Gehäuse GG des Getriebes G verbunden. Diese ständig drehfeste Verbindung bildet die dritte Koppelung V3. Die vormals ständige Verbindung zwischen dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2, also die erste Koppelung V1 ist nun durch eine schaltbare Verbindung ersetzt. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich nun im Leistungspfad der ersten Koppelung V1. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich dabei auf jener Seite des ersten Planetenradsatzes P1, welche in axialer Richtung vom zweiten Planetenradsatz P2 weg weist. Dadurch weist das zweite Schaltelement B2 eine gute Zugänglichkeit für Druck- und Schmiermittel auf. Ist das zweite Schaltelement B2 als eine hydraulische Lamellen-Kupplung ausgebildet, so ist das zweite Schaltelement B2 in radialer Richtung möglichst nahe zum Gehäuse GG angeordnet, um einen möglichst großen Wirkdurchmesser der Lamellen zu erhalten. Ist das zweite Schaltelement B2 als Klauen-Schaltelement ausgebildet, so ist das zweite Schaltelement B2 in radialer Richtung möglichst nahe zu den ersten Elementen E11, E12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 angeordnet.
  • 13 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zwölften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum elften Ausführungsbeispiel sind die Komponenten des Getriebes G entsprechend dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet.
  • Natürlich sind auch für die Getriebe G entsprechend der elften und zwölften Ausführungsbeispiele die in 4 bis 11 dargestellten Anordnungs-Varianten für das erste und dritte Schaltelement K1, K3 anwendbar. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Anordnungen jedoch nicht figürlich dargestellt.
  • 14 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist das zweite Schaltelement B2 nun im Leistungspfad der zweiten Koppelung V2 angeordnet. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 sind ständig miteinander verbunden, wobei diese Verbindung die erste Koppelung V1 bildet. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist ständig drehfest festgesetzt, wodurch die dritte Koppelung V3 gebildet wird.
  • 15 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum dreizehnten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten des Getriebes G entsprechend dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet.
  • Natürlich sind auch für die Getriebe G entsprechend der dreizehnten und vierzehnten Ausführungsbeispiele die in 4 bis 11 dargestellten Anordnungs-Varianten für das erste und dritte Schaltelement K1, K3 anwendbar. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Anordnungen jedoch nicht figürlich dargestellt.
  • 16 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbar gelagerten Rotor R auf. Der Rotor R ist ständig mit der Eingangswelle GW1 verbunden. Darüber hinaus weist das Getriebe G eine Anschlusswelle AN und eine Trennkupplung K0 auf. Die Eingangswelle GW1 ist über die Trennkupplung K0 mit der Anschlusswelle AN verbindbar.
  • 17 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht, ergänzt um die elektrische Maschine EM, der Anschlusswelle AN und der Trennkupplung K0. Die Abtriebswelle GW2 ist dabei in axialer Richtung räumlich zwischen der elektrischen Maschine EM und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet.
  • Die Ergänzung des Getriebes G um die elektrische Maschine EM, die Trennkupplung K0 und die Anschlusswelle AN ist für jede Ausführungsform der Erfindung anwendbar.
  • 18 zeigt schematisch einen Hybridantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG antriebswirkverbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird die Leistung, die an der Abtriebswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM wird dem Stator S über einen nicht dargestellten Wechselrichter elektrische Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter wandelt dabei die Gleichspannung einer nicht dargestellten Batterie in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt. In 18 ist das Getriebe G entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Hybridantriebsstrang könnte mit jeder Ausführungsform des Getriebes G aufgebaut sein.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GW1
    Eingangswelle
    GW2
    Abtriebswelle
    AN
    Anschlusswelle
    GG
    Gehäuse
    P1
    Erster Planetenradsatz
    P2
    Zweiter Planetenradsatz
    P3
    Dritter Planetenradsatz
    EM
    Elektrische Maschine
    R
    Rotor
    S
    Stator
    E11
    Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
    E21
    Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
    E31
    Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
    E12
    Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
    E22
    Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
    E32
    Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
    E13
    Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
    E23
    Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
    E33
    Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
    V1
    Erste Koppelung
    V2
    Zweite Koppelung
    V3
    Dritte Koppelung
    K2
    Erstes Schaltelement
    B2
    Zweites Schaltelement
    K1
    Drittes Schaltelement
    B1
    Viertes Schaltelement
    K0
    Trennkupplung
    1
    Erster Vorwärtsgang
    2
    Zweiter Vorwärtsgang
    3
    Dritter Vorwärtsgang
    4
    Vierter Vorwärtsgang
    5
    Fünfter Vorwärtsgang
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    DW
    Räder
    AG
    Achsgetriebe
    TS
    Torsionsschwingungsdämpfer

Claims (18)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3), sowie einem ersten Schaltelement (K2), einem zweiten Schaltelement (B2), einem dritten Schaltelement (K1), und einem vierten Schaltelement (B1), wobei der erste, der zweite und der dritte Planetenradsatz (P1, P2, P3) je ein erstes Element (E11, E12, E13) ein zweites Element (E21, E22, E23) und ein drittes Element (E31, E32, E33) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12, E13) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22, E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32, E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei die Eingangswelle (GW1) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (GW2) mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, wobei der erste Planetenradsatz (P1) eine erste, eine zweite und eine dritte Koppelung (V1, V2, V3) aufweist, wobei die erste Koppelung (V1) zwischen dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) besteht, wobei die zweite Koppelung (V2) zwischen dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, wobei die dritte Koppelung (V3) zwischen dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und einem Gehäuse (GG) oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes (G) besteht, wobei zwei der drei Koppelungen (V1, V2, V3) durch eine ständig drehfeste Verbindung gebildet sind und die verbleibende der drei Koppelungen (V1, V2, V3) durch eine mittels des zweiten Schaltelements (B2) schaltbare Verbindung gebildet ist, wobei das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (K2) zwei der drei Elemente (E13, E23, E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) miteinander verbindbar sind, und wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) miteinander verbindbar sind.
  2. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, und wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist.
  3. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B2) als Bandbremse ausgebildet ist.
  4. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig drehfest festgesetzt ist, und wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist.
  5. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, wobei das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig drehfest festgesetzt ist, und wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist.
  6. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektive Betätigung des ersten bis vierten Schaltelements (K2, B2, K1, B1) fünf Vorwärtsgänge (1, 2, 3, 4, 5) zwischen der Eingangswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) vorzugsweise automatisiert schaltbar sind, wobei sich - der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) und des zweiten Schaltelements (B2), - der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des dritten Schaltelements (K1), - der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des ersten Schaltelements (K2), - der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des ersten Schaltelements (K2), und - der fünfte Vorwärtsgang (5) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) und des ersten Schaltelements (K2) ergibt.
  7. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) als Minus-Radsätze ausgebildet sind.
  8. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Planetenradsätze koaxial zueinander und in axialer Richtung hintereinander in einer Reihenfolge erster Planetenradsatz (P1), zweiter Planetenradsatz (P2), dritter Planetenradsatz (P3)` angeordnet sind.
  9. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (K2) radial innerhalb des dritten Schaltelements (K1) angeordnet ist, oder dass das dritte Schaltelement (K1) radial innerhalb des ersten Schaltelements (K2) angeordnet ist, wobei das erste Schaltelement (K2) und das dritte Schaltelement (K1) in axialer Richtung zwischen dem zweiten Planetenradsatz (P2) und dem dritten Planetenradsatzes (P3) angeordnet sind.
  10. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B2) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  11. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B1) als Bandbremse ausgebildet ist.
  12. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbar gelagerten Rotor (R), sowie eine Anschlusswelle (AN) und eine Trennkupplung (K0) aufweist, wobei durch Schließen der Trennkupplung (K0) die Anschlusswelle (AN) mit der Eingangswelle (GW1) verbindbar ist, und wobei der Rotor (R) mit der Eingangswelle (GW1) wirkverbunden ist.
  13. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet ist.
  14. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  15. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang des Getriebes (G) durch Rückwärtsdrehung des Rotors (R) bei geöffneter Trennkupplung (K0) und Betrieb in einem der fünf Vorwärtsgänge (1, 2, 3, 4, 5) gebildet wird.
  16. Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 12 bis 15 sowie ein mit Rädern (DW) des Hybridfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) des Getriebes (G) über einen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) drehelastisch verbunden ist und die Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) mit dem Achsgetriebe (AG) antriebswirkverbunden ist, wobei das Hybridfahrzeug bei geöffneter Trennkupplung (K0) in einem elektrischen Fahrbetrieb von der elektrischen Maschine (EM) allein antreibbar ist, wobei das Hybridfahrzeug bei geschlossener Trennkupplung (K0) in einem verbrennungsmotorischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) allein antreibbar ist, und wobei das Hybridfahrzeug in einem hybridischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und von der elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist.
  17. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstranges nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren des Kraftfahrzeugs bei geschlossener Trennkupplung (K0) eines der im ersten Vorwärtsgang (1) geschlossenen Schaltelemente (B1, B2) vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt wird und das andere der im ersten Vorwärtsgang (1) geschlossenen Schaltelemente (B1, B2) geschlossen ist, wodurch bei gegebener Drehzahl der Eingangswelle (GW1) eine Drehzahl der Abtriebswelle (GW2) stetig verändert werden kann, wobei das in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement (B1, B2) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist.
  18. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet ist, wobei im elektrischen Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Vorwärtsgang (1, 2, 3, 4, 5) das erste, zweite, dritte oder vierte Schaltelement (K2, B2, K1, B1), welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen Schlupfbetrieb überführt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung (K0) erhöht wird, wodurch die Verbrennungskraftmaschine (VKM) gestartet wird, wobei das im ersten Verfahrensschritt in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement (K2, B2, K1, B1) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist.
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