DE102014222157A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Stefan Beck
Christian SIBLA
Bernd Unseld
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS) mit einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (P1, P2) und einem Vorschaltradsatz (VRS) mit einem dritten Planetenradsatz (P3), wobei der Hauptradsatz (HRS) insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der Vorschaltradsatz (VRS) ein erstes Element (E13), ein zweites Element (E23) und ein drittes Element (E33) aufweist, wobei das erste Element (E13) durch ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) über das vierte Schaltelement (B1) drehfest festsetzbar ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der Abtriebswelle (GW2) ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) über das erste Schaltelement (K2) mit der Eingangswelle (GW1) verbindbar ist, wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem zweiten Element (E23) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig verbunden ist, wobei das erste Element (E13) des Vorschaltradsatzes (VRS) über das zweite Schaltelement (B2) drehfest festsetzbar ist, wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E13, E23, E33) des Vorschaltradsatzes (VRS) miteinander verbindbar sind, und wobei die Eingangswelle (GW1) mit dem dritten Element (E33) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, drei Planetenradsätzen und zumindest vier Schaltelemente. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, sowie ein 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 2008 000 429 A1 der Anmelderin ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise bekannt, bei dem insgesamt neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch selektives Eingreifen von sechs Schaltelementen schaltbar sind. Dieses Mehrstufengetriebe weist vier Planetenradsätze auf, welche allesamt als Minus-Radsätze ausgebildet sind.
  • 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 gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Das Getriebe weist eine Eingangswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen Hauptradsatz und einen Vorschaltradsatz auf. Darüber hinaus weist das Getriebe ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement auf.
  • Der Hauptradsatz besteht aus einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte, vierte Welle bezeichnete Wellen. Der Hauptradsatz ist daher als ein sogenanntes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe aufgebaut. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit der Abtriebswelle ständig verbunden.
  • Unter einem Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist ein Planetengetriebe zu verstehen, das aus zwei über genau zwei Koppelwellen kinematisch miteinander gekoppelten Einzel-Planetenradsätzen gebildet ist und bei dem vier seiner Elemente („Wellen“) für andere Getriebeelemente frei zugänglich sind. Eine Koppelwelle ist dabei als ständige mechanische Verbindung zwischen einem Element – also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad – des ersten Einzel-Planetenradsatzes mit einem Element – also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad – des zweiten Einzel-Planetenradsatzes definiert. Die Anzahl der Einzel-Planetenradsätze und die Anzahl der freien Wellen sind nicht über das optische Erscheinungsbild des Getriebes definiert, sondern über dessen Kinematik. Zur graphischen Darstellung der Kinematik des Getriebes wird üblicherweise ein Drehzahlplan des Getriebes verwendet, beispielsweise den aus der Getriebelehre bekannten Kutzbachplan.
  • Der Vorschaltradsatz besteht aus einem dritten Planetenradsatz, und weist ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element auf. Das erste Element des Vorschaltradsatzes wird durch ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element des Vorschaltradsatzes durch einen Steg des dritten Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element des Vorschaltradsatzes durch ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des dritten Planetenradsatzes.
  • Durch Schließen des ersten Schaltelements wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element des Vorschaltradsatzes und der dritten Welle des Hauptradsatzes hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird das erste Element des Vorschaltradsatzes drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement mit einem Gehäuse des Getriebes oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird. Durch Schließen des dritten Schaltelements werden zwei der drei Elemente des Vorschaltradsatzes miteinander verbunden. Durch Schließen des vierten Schaltelements wird die erste Welle des Hauptradsatzes drehfest festgesetzt, indem sie über das vierte Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird.
  • Die Eingangswelle ist erfindungsgemäß mit dem dritten Element des Vorschaltradsatzes ständig verbunden. Dadurch wird im Vergleich zum eingangs genannten Stand der Technik das als ‚18‘ bezeichnete Schaltelement durch eine ständige drehfeste Verbindung ersetzt. Zudem entfallen der im Stand der Technik als ‚P2‘ bezeichnete Planetenradsatz und das als ‚05‘ bezeichnete Schaltelement. Somit weist das gegenständliche Getriebe im Vergleich zu dem eingangs genannten Mehrstufengetriebe drei statt vier Planetenradsätze auf, und vier statt sechs 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 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 vierten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten 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 zweiten 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.
  • Wie eingangs beschrieben kann der Hauptradsatz als ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe aufgebaut sein. Vorzugsweise ist der Hauptradsatz als sogenannter Simpson-Radsatz ausgebildet, bei dem die Sonnenräder der beiden Planetenradsätze miteinander verbunden sind und ein Steg des einen Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des anderen Planetenradsatzes verbunden ist. Ein Simpson-Radsatz zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau sowie durch eine gute Bindbarkeit aus. Die Zuordnung der ersten bis vierten Welle des Hauptradsatzes zu den Elementen des ersten und zweiten Planetenradsatzes wird nachfolgend beschrieben. Sowohl der erste als auch der zweite Planetenradsatz weisen je ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch einen Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Ist der Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der ersten Welle des Hauptradsatzes. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes, und ist auch Bestandteil der Abtriebswelle. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der dritten Welle des Hauptradsatzes. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes.
  • Das vierte Schaltelement kann als Bandbremse oder Lamellenbremse ausgebildet sein. Ist die Bandbremse oder Lamellenbremse hydraulisch betätigt, so ist das vierte Schaltelement durch eine gehäusenahe Anordnung gut mit Hydraulikfluid erreichbar. Dies vereinfacht die Hydraulikfluidführung des Getriebes.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. 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. Da das vierte Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, bleibt das vierte 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 vierte Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang jedoch nie geschlossen werden muss, besteht durch die Ausbildung des vierten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer.
  • Als Alternative zu dem oben beschriebenen Aufbau des Getriebes kann die schaltbare Verbindung zwischen dem ersten Element des Vorschaltradsatzes und dem Gehäuse des Getriebes durch eine ständige drehfeste Verbindung ersetzt werden. Dabei wird die ständige Verbindung zwischen der vierten Welle des Hauptradsatzes und dem zweiten Element des Vorschaltradsatzes durch eine schaltbare Verbindung ersetzt. In anderen Worten wird das zweite Schaltelement verschoben, und führt somit nicht mehr zu einer drehfesten Festsetzung des ersten Elements des Vorschaltradsatzes. Stattdessen wird durch Schließen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen der vierten Welle des Hauptradsatzes und dem zweiten Element des Vorschaltradsatzes hergestellt. Dabei ändert sich auch die Funktion des dritten Schaltelements. Durch Schließen des dritten Schaltelements wird nun eine drehfeste Verbindung zwischen der vierten Welle des Hauptradsatzes und dem dritten Element des Vorschaltradsatzes hergestellt. Durch die ständige drehfeste Verbindung des ersten Elements des Vorschaltradsatzes mit dem Gehäuse des Getriebes wird die Zentrierung der Getriebekomponenten erleichtert.
  • Das Getriebe kann eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor aufweisen. 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 ersten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor der elektrischen Maschine mit der Eingangswelle ständig drehfest verbunden. In dieser Ausgestaltung kann ein Rückwärtsgang des Getriebes durch Rückwärtsdrehung des Rotors der elektrischen Maschine erzielt werden, 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.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor der elektrischen Maschine mit dem ersten Element des Vorschaltradsatzes ständig drehfest verbunden, beispielsweise über einen Planetenradsatz. Diese Anordnung ermöglicht nachfolgend beschriebene Funktionen, welche sich teilweise von der ersten Ausgestaltung unterscheiden. Es ist zu beachten, dass die Anbindung der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausgestaltung nur in Ausführungen möglich ist, in denen das erste Element des Vorschaltradsatzes nicht ständig drehfest festgesetzt ist.
  • In einem Getriebe gemäß der zweiten Ausgestaltung kann durch Schließen des vierten Schaltelements ein elektrodynamischer Betriebsmodus bereitgestellt werden, bei dem durch Variation des an der Eingangswelle anliegenden Drehmoments und des Drehmoments der elektrischen Maschine das an der Abtriebswelle anliegende Drehmoment stufenlos verändert werden kann. Das erste bis dritte Schaltelement ist dabei geöffnet. Dies ist beispielsweise bei der Anwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug von Vorteil, bei dem ein Antriebsaggregat über die geschlossene Trennkupplung mit der Eingangswelle verbunden ist. Würde die elektrische Maschine kein Drehmoment erzeugen, so könnte kein Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Anfahren des Kraftfahrzeugs bewirkt werden, wobei abhängig vom Betrieb der elektrischen Maschine im motorischen oder generatorischen Betriebsmodus und der Standgetriebeübersetzung des dritten Planetenradsatzes die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bestimmbar ist. Dadurch muss im Vergleich zu herkömmlichen Hybridgetrieben eines der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente nicht als internes Anfahrelement ausgelegt sein, welches zum Anfahren im Schlupf betrieben wird.
  • In einem Getriebe gemäß der zweiten Ausgestaltung ist es ebenso wie im Getriebe der ersten Ausgestaltung möglich, die Abtriebswelle durch Betrieb der elektrischen Maschine in Vorwärtsgängen anzutreiben. Im Unterschied zur ersten Ausgestaltung, in der sämtliche fünf Vorwärtsgänge dafür zur Verfügung stehen, sind in der zweiten Ausgestaltung drei sogenannte elektrische Vorwärtsgänge erzielbar. Die drei elektrischen Vorwärtsgänge beziehen sich dabei auf das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten Element des Vorschaltradsatzes und der Abtriebswelle. Der erste elektrische Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Der zweite elektrische Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der dritte elektrische Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten 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 elektrische Vorwärtsgänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen elektrischen Vorwärtsgängen geschlossen ist.
  • 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.
  • 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. In der ersten Ausgestaltung des Getriebes, in der der Rotor mit der Eingangswelle verbunden ist, sind dabei beide oder eines der beiden Schaltelemente geöffnet, durch die ein Vorwärtsgang gebildet wird. So wird dabei kein Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen. Im Getriebe gemäß der zweiten Ausgestaltung, in der der Rotor mit dem ersten Element des Vorschaltradsatzes verbunden ist, muss für diesen Betriebszustand das dritte Schaltelement geschlossen sein, und das erste, zweite und vierte Schaltelement geöffnet.
  • Soll das Hybridfahrzeug mit einem Getriebe gemäß der ersten Ausgestaltung in dem oben beschriebenen 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 Kurbel-welle der Verbrennungskraftmaschine durch die Eingangswelle angetrieben wird. Dazu wird in einem Getriebe gemäß der ersten Ausgestaltung 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.
  • 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.
  • Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg. Da sich bei einem Minus-Radsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minus-Radsatz stets einen negativen Wert an.
  • Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
  • 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 in der gegenständlichen Anmeldung insbesondere dann als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Derart verbundene Elemente drehen mit der gleichen Drehzahl. Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle beziehungsweise über ein geschlossenes Schaltelement oder ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung, miteinander verbunden sein.
  • Zwei Elemente werden 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.
  • Im Drehzahlplan sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse der einzelnen Wellen aufgetragen. Die horizontalen Abstände zwischen den Wellen ergeben sich aus den Übersetzungsverhältnissen zwischen den Wellen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse und Drehmomentverhältnisse der Wellen durch eine Gerade verbinden lassen. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Wellen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze. Der Drehzahlplan ist beispielsweise in Form eines Kutzbachplans darstellbar.
  • Vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die kleinste Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die größer oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang. Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes entsprechend des ersten Ausführungsbeispiels.
  • 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
  • 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 6 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 7 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes entsprechend des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 8 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 9 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 10 zeigt ein Schaltschema des Getriebes entsprechend des sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • 11 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, welcher einen Vorschaltradsatz VRS bildet. 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. Die Eingangswelle GW1 ist mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Die Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden.
  • 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 der Eingangswelle GW1 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 wird das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement B2 mit einem Gehäuse GG oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden wird. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 hergestellt. Durch Schließen des vierten Schaltelements B1 wird das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt, indem es über das vierte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse GG oder 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 vierte Schaltelement B1 kann als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, beispielsweise als Klauen-Schaltelement.
  • Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Durch diese doppelte Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz P1, P2 wird ein Hauptradsatz HRS in Form eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes geschaffen. Der Hauptradsatz HRS weist also insgesamt vier Wellen auf, nämlich eine erste Welle W1, eine zweite Welle W2, eine dritte Welle W3 und eine vierte Welle W4. Die Drehzahlen dieser vier Wellen W1, W2, W3, W4 stehen in linearem Zusammenhang. Die vier Wellen W1, W2, W3, W4 weisen daher eine Drehzahlordnung auf, wobei die Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle W1, W2, W3, W4 deren Reihenfolge im Drehzahlplan entspricht. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 sind Bestandteile der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P2 ist Bestandteil der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS und der Abtriebswelle GW2. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 sind Bestandteile der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist Bestandteil der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes.
  • Der oben beschriebene Aufbau des Hauptradsatzes HRS ist nur beispielhaft anzusehen, und schränkt die Erfindung nicht ein. Der Hauptradsatz HRS könnte beispielsweise auch derart aufgebaut sein, dass das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig drehfest verbunden ist, und Bestandteil der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 wäre weiterhin Bestandteil der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS. In gleicher Weise wären auch andere Aufbau-Varianten des Hauptradsatzes HRS denkbar, sofern die Zugänglichkeit zu den Wellen W1, W2, W3, W4 gegeben ist.
  • 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. Im ersten Vorwärtsgang 1 sind das vierte Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 geschlossen. Im zweiten Vorwärtsgang 2 sind das vierte Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement K1 geschlossen. Im dritten Vorwärtsgang 3 sind das vierte Schaltelement B1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. Im vierten Vorwärtsgang 4 sind das dritte Schaltelement K1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. Im fünften Vorwärtsgang 5 sind das zweite Schaltelement B2 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. Dieses Schaltschema gilt für sämtliche Ausführungsformen.
  • 3 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes G. Darin sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen n der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS sowie die Drehzahlen n der Elemente E13, E23, E33 des Vorschaltradsatzes VRS im Verhältnis zur Drehzahl n der Getriebe-Eingangswelle GW1 aufgetragen. Die maximal auftretende Drehzahl n der Getriebe-Eingangswelle GW1 ist auf den Wert Eins normiert. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 des Hauptradsatzes HRS. Die Abstände zwischen den Elementen E13, E23, E33 des Vorschaltradsatzes VRS ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes P3. Die Darstellung dient nur zur Anschauung und ist nicht maßstäblich. Die ständige Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 des Vorschaltradsatzes VRS und der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist durch einen Übertragungslinie angedeutet. Die schaltbare Verbindung zwischen dem dritten Element E33 des Vorschaltradsatzes VRS und der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist ebenso angedeutet. Die Zuordnung des ersten und vierten Schaltelements K2, B1 zur dritten, bzw. ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist im Drehzahlplan dargestellt. Ebenso ist die Zuordnung des zweiten und dritten Schaltelements B2, K1 zum ersten Element E13 des Vorschaltradsatzes VRS dargestellt. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich im Drehzahlplan durch eine Gerade verbinden. Dadurch wird die Bildung der fünf Vorwärtsgänge 1, 2, 3, 4, 5 deutlich.
  • Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz VRS zum Hauptradsatz HRS besser zu verdeutlichen. Der dabei im Drehzahlplan gewählte horizontale Abstand zwischen den derart verbundenen Wellen ist willkürlich. Die Übersetzung zwischen derart verbundenen Wellen beträgt selbstverständlich den Wert Eins, unabhängig vom im Drehzahlplan gewählten horizontalen Abstand.
  • Sofern das dritte Schaltelements K1 zwei der drei Elemente E13, E23, E33 des Vorschaltradsatzes VRS verbindet, hat es keine Auswirkung auf die Funktionalität des Getriebes G, welche der drei Elemente E13, E23, E33 dabei miteinander verbunden werden. 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E13 des Vorschaltradsatzes VRS und dem zweiten Element E23 des Vorschaltradsatzes VRS hergestellt. 5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 des Vorschaltradsatzes VRS und dem dritten Element E33 des Vorschaltradsatzes VRS hergestellt.
  • 6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Gegensatz zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist das erste Element E13 des Vorschaltradsatzes VRS ständig drehfest festgesetzt, indem es fest mit dem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist. Die zuvor ständige Verbindung zwischen dem zweiten Element E22 des Vorschaltradsatzes VRS und der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist durch eine schaltbare Verbindung ersetzt, wobei das zweite Schaltelement B2 nun im Leistungspfad zwischen dem zweiten Element E22 des Vorschaltradsatzes VRS und der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS angeordnet ist. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 wird im Gegensatz zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element E33 des Vorschaltradsatzes VRS und der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS hergestellt.
  • 7 zeigt Drehzahlplan des Getriebes G entsprechend des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die neue Zuordnung des dritten Schaltelements K1 und des zweiten Schaltelements B2 zur vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist entsprechend dargestellt. Besonders bei Zusammenschau von 3 und 7 wird deutlich, dass die Bildung der Vorwärtsgänge 1 bis 5 in allen vier Ausführungsbeispielen im Wesentlichen ident ist.
  • 8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe G eine elektrische Maschine EM, eine Trennkupplung K0 und eine Anschlusswelle AN auf. Die elektrische Maschine EM umfasst einen drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R, welcher mit der Eingangswelle GW1 drehfest verbunden ist. Durch Schließen der Trennkupplung K0 wird die Eingangswelle GW1 mit der Anschlusswelle AN verbunden. Die Trennkupplung K0 kann als nasse oder trockene Lamellenkupplung oder auch als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
  • 9 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum fünften Ausführungsbeispiel ist der Rotor R der elektrischen Maschine EM mit dem ersten Element E13 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden. Es ist zu beachten, dass diese Anbindung der elektrischen Maschine EM an das Getriebe G für das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel nicht anwendbar ist.
  • 10 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G des sechsten Ausführungsbeispiels. Zusätzlich zu den fünf Vorwärtsgängen 1 bis 5 zwischen der Eingangswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 weist das Getriebe G entsprechend des sechsten Ausführungsbeispiels einen elektrodynamischen Betriebsmodus EDA und drei elektrische Vorwärtsgänge 1E, 2E, 3E zwischen dem ersten Element E13 des Vorschalradsatzes VRS und der Abtriebswelle GW2 auf.
  • Im elektrodynamischen Betriebsmodus EDA ist von den vier Schaltelementen K2, B2, K1, B1 ausschließlich das vierte Schaltelement B1 geschlossen. Der Vorschaltradsatz VRS wirkt dabei als ein Differentialgetriebe zwischen der Eingangswelle GW1, dem Hauptradsatz HRS und der elektrischen Maschine EM. Durch Schließen des vierten Schaltelements B1 benötigt der Hauptradsatz HRS nur ein definiertes Drehmoment oder eine definierte Drehzahl an der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS, um an der Abtriebswelle GW2 ein definiertes Drehmoment, bzw. Drehzahl aufzubauen. Liegt an der Eingangswelle GW1 und an der elektrischen Maschine EM ein definiertes Drehmoment an, so liegt auch am zweiten Element E23 des Vorschaltradsatzes VRS ein definiertes Drehmoment an. Durch die ständige Verbindung zwischen dem zweiten Element E23 des Vorschaltradsatzes VRS und der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS wird das Drehmoment durch den Hauptradsatz HRS übersetzt, und ist derart an der Abtriebswelle GW2 abgreifbar. Dadurch lässt sich Drehmoment und Drehzahl an der Abtriebswelle GW2 stufenlos variieren.
  • Durch die elektrischen Gänge 1E, 2E, 3E ist ein Antrieb der Abtriebswelle GW2 durch die elektrische Maschine EM in festgelegten Übersetzungsverhältnissen möglich. Im ersten elektrischen Vorwärtsgang 1E sind das vierte Schaltelement B1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. Im zweiten elektrischen Vorwärtsgang 2E sind das vierte Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement K1 geschlossen. Im dritten elektrischen Vorwärtsgang 3E sind das dritte Schaltelement K1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen.
  • 11 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. Das in 11 dargestellte Getriebe G ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Hybridantriebsstrang könnte mit jeder Ausführungsform des Getriebes G aufgebaut sein, welcher in der gegenständlichen Schrift beschrieben ist.
  • Bezugszeichenliste
  • G
    Getriebe
    GW1
    Eingangswelle
    GW2
    Abtriebswelle
    AN
    Anschlusswelle
    GG
    Gehäuse
    HRS
    Hauptradsatz
    VRS
    Vorschaltradsatz
    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 Vorschaltradsatzes
    E23
    Zweites Element des dritten Vorschaltradsatzes
    E33
    Drittes Element des dritten Vorschaltradsatzes
    W1
    Erste Welle des Hauptradsatzes
    W2
    Zweite Welle des Hauptradsatzes
    W3
    Dritte Welle des Hauptradsatzes
    W4
    Vierte Welle des Hauptradsatzes
    n
    Drehzahl
    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
    EDA
    Elektrodynamischer Betriebsmodus
    1E
    Erster elektrischer Vorwärtsgang
    2E
    Zweiter elektrischer Vorwärtsgang
    3E
    Dritter elektrischer Vorwärtsgang
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    DW
    Räder
    AG
    Achsgetriebe
    TS
    Torsionsschwingungsdämpfer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008000429 A1 [0003]

Claims (17)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS) mit einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (P1, P2) und einem Vorschaltradsatz (VRS) mit einem dritten Planetenradsatz (P3), wobei der Hauptradsatz (HRS) insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der Vorschaltradsatz (VRS) ein erstes Element (E13), ein zweites Element (E23) und ein drittes Element (E33) aufweist, wobei das erste Element (E13) durch ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des dritten Planetenradsatzes (P3) gebildet ist, wobei die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) über das vierte Schaltelement (B1) drehfest festsetzbar ist, wobei die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der Abtriebswelle (GW2) ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) über das erste Schaltelement (K2) mit der Eingangswelle (GW1) verbindbar ist, wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) mit dem zweiten Element (E23) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig verbunden ist, wobei das erste Element (E13) des Vorschaltradsatzes (VRS) über das zweite Schaltelement (B2) drehfest festsetzbar ist, wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E13, E23, E33) des Vorschaltradsatzes (VRS) miteinander verbindbar sind, und wobei die Eingangswelle (GW1) mit dem dritten Element (E33) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig verbunden ist.
  2. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, 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 vierten Schaltelements (B1) und des dritten Schaltelements (K1), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) 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 zweiten Schaltelements (B2) und des ersten Schaltelements (K2) ergibt.
  3. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Planetenradsatz (P1, P2) je ein erstes Element (E11, E12), ein zweites Element (E21, E22) und ein drittes Element (E31, E32) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) Bestandteile der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) sind, wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P2) Bestandteil der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) ist, wobei das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) Bestandteile der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) sind, und wobei das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) Bestandteil der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist.
  4. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B1) als Bandbremse ausgebildet ist.
  5. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B1) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  6. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Verbindung zwischen dem ersten Element (E13) des Vorschaltradsatzes (VRS) und einem Gehäuse (GG) des Getriebes (G) durch eine ständig drehfeste Verbindung ersetzt ist, wobei die ständige Verbindung zwischen der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) und dem zweiten Element (E23) des Vorschaltradsatzes (VRS) durch eine schaltbare Verbindung ersetzt ist, wobei das zweite Schaltelement (B2) im Leistungspfad zwischen der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) und dem zweiten Element (E23) des Vorschaltradsatzes (VRS) angeordnet ist, und wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) anstatt der Verbindung zweier Elemente (E13, E23, E33) des Vorschaltradsatzes (VRS) das zweite Element (E23) des Vorschaltradsatzes (VRS) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist.
  7. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, 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.
  8. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) der elektrischen Maschine (EM) mit der Eingangswelle (GW1) ständig drehfest verbunden ist.
  9. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, 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.
  10. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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, wobei der Rotor (R) mit dem ersten Element (E13) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig drehfest verbunden ist.
  11. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem elektrodynamischen Betriebsmodus (EDA) von der Gruppe an Schaltelementen bestehend aus erstem Schaltelement (K2), zweitem Schaltelement (B2), drittem Schaltelement (K1) und viertem Schaltelement (B1) ausschließlich das vierte Schaltelement (B1) geschlossen ist, wobei das an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehmoment durch Variation des an der Eingangswelle (GW1) anliegenden Drehmoments und des an der elektrischen Maschine (EM) anliegenden Drehmoments stufenlos veränderbar ist.
  12. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektive Betätigung des ersten, dritten und vierten Schaltelements (K2, K1, B1) drei elektrische Vorwärtsgänge (1E, 2E, 3E) zwischen dem ersten Element (E13) des Vorschaltradsatzes (VRS) und der Abtriebswelle (GW2) vorzugsweise automatisiert schaltbar sind, wobei sich – der erste elektrische Vorwärtsgang (1E) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) und des ersten Schaltelements (K2), – der zweite elektrische Vorwärtsgang (2E) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) und des dritten Schaltelements (K1), und – der dritte elektrische Vorwärtsgang (3E) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des ersten Schaltelements (K2) ergibt.
  13. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet ist.
  14. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  15. Hybridantriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 7 bis 14 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.
  16. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstranges nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) der elektrischen Maschine (EM) mit der Eingangswelle (GW1) ständig drehfest verbunden ist, wobei 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.
  17. 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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