DE102014225730A1

DE102014225730A1 - Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise

Info

Publication number: DE102014225730A1
Application number: DE102014225730.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Matthias Horn; Johannes Kaltenbach; Viktor Warth; Uwe Griesmeier; Michael Wechs; Jens Moraw; Bernd Knöpke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-06-16
Also published as: WO2016091524A1

Abstract

Das Getriebe umfasst drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen, wobei das erste Element eines ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer sechsten Welle (6) verbunden ist, welche über eine zweite Bremse (06) an ein Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine erste Kupplung (16) mit der Antriebswelle (1) verbindbar ist, die mit dem ersten Element eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem zweiten Element eines dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden und über eine weitere Kupplung (K0) mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) verbunden und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbundenen vierten Welle (4) verbunden ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden und mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) verbunden oder wirkverbunden ist, wobei eine fünfte Welle (5) mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden und über eine erste Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und das erste Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei eine zweite Kupplung vorgesehen ist, welche als Kupplung (34) ausgeführt ist, die die dritte Welle (3) mit der vierten Welle (4) verbindet oder als Kupplung (35) ausgeführt ist, welche die dritte Welle (3) mit der fünften Welle (5) verbindet und wobei eine dritte Kupplung (24, 26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind.
Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise im Allgemeinen sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe einen geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen, erfordern und bei sequentieller Schaltweise Doppelschaltungen, d.h. ein Zu- bzw. Abschalten von zwei Schaltelementen vermeiden, so dass bei Schaltungen in definierten Ganggruppen jeweils nur ein Schaltelement gewechselt wird. Ferner soll mittels derartiger Getriebe der Spritverbrauch gesenkt werden, was einerseits durch Reduzierung der internen Getriebeverluste und andererseits durch Betreiben des Verbrennungsmotors im idealen Betriebspunkt erfolgen kann. Um den Verbrennungsmotor in seinem idealen Betriebspunkt zu betreiben, ist es insbesondere wichtig, bei einer großen Getriebespreizung kleine Gangsprünge zu realisieren, was in der Erhöhung der Anzahl der Gänge resultiert.
Aus der DE 10 2012 212 257 A1 der Anmelderin geht ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs hervor, mit drei gekoppelten einfachen Minus-Planetenradsätzen, mehreren Schaltelementen und mit wenigstens einer Elektromaschine, die einer Welle innerhalb des Getriebes zugeordnet ist, wobei bei einem ersten Planetenradsatz das Hohlrad mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar und der Planetenträger mit dem Hohlrad eines zweiten Planetenradsatzes antriebsverbunden ist, wobei bei dem zweiten Planetenradsatz der Planetenträger mit dem Hohlrad eines dritten Planetenradsatz verbunden und das Sonnenrad von einer Getriebeeingangswelle antreibbar ist und wobei bei dem dritten Planetenradsatz der Planetenträger mit einer Getriebeausgangswelle verbunden ist. Ein einfacher Minus-Planetenradsatz umfasst bekanntlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die jeweils mit Sonnenrad und Hohlrad kämmen. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg eine zum Sonnenrad entgegengesetzte Drehrichtung auf. Demgegenüber umfasst ein einfacher Plus-Planetenradsatz ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Steg, an dem innere und äußere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei alle inneren Planetenräder mit dem Sonnenrad und alle äußeren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen, wobei jedes innere Planetenrad mit jeweils einem äußeren Planetenrad kämmt. Hierdurch weist das Hohlrad bei festgehaltenem Steg die gleiche Drehrichtung auf wie das Sonnenrad und es ergibt sich eine positive Standgetriebeübersetzung.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridgetriebe in Planetenbauweise bekannt, die auf herkömmlichen Getrieben in Planetenbauweise beruhen und durch eine Elektromaschine an der Getriebeeingangswelle und eine Trennkupplung zu einem Verbrennungsmotor hin erweitert werden.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, zumindest einen Rückwärtsgang von Getrieben, umfassend eine Elektromaschine über die in Bezug auf eine Vorwärtsfahrt rückwärtsdrehende Elektromaschine und einen Vorwärtsgang des Getriebes elektrisch zu realisieren.
Bei derartigen Getrieben kann die Elektromaschine über eine zusätzliche Vorübersetzung mittels eine zusätzlichen Planetenradsatzes an die Getriebeeingangswelle angebunden werden, was in dem Vorteil resultiert, dass die Elektromaschine mit weniger Drehmoment ausgelegt werden kann und somit geringe Dimensionen aufweist. Dadurch werden der erforderliche Bauraum sowie die Kosten reduziert.
Zudem ist bekannt, bei Getrieben in Planetenbauweise eine Elektromaschine an eine Getriebewelle anzubinden, die weder als Getriebeeingangswelle noch als Getriebeausgangswelle dient.
Aus der DE 10 2007 005 438 A1 der Anmelderin geht ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit mehreren Planetenradsätzen und mehreren Schaltelementen hervor, wobei in Abhängigkeit einer Betätigung der Schaltelemente des Getriebes verschiedene Übersetzungen darstellbar sind. Bei dem bekannten Getriebe ist eine Elektromaschine vorgesehen, die mit einem der Planetenradsätze in Wirkverbindung steht, so dass von der Elektromaschine über eine Welle des ihr zugeordneten Planetenradsatzes ein Drehmoment in den zugeordneten Planetenradsatz einleitbar ist, um ein an dem zugeordneten Planetenradsatz anliegendes Drehmoment zur Darstellung einer Übersetzung über die Elektromaschine abzustützen.
Hierbei ersetzt die Elektromaschine ein vorzugsweise reibschlüssig ausgeführtes Lastschaltelement eines herkömmlichen Getriebes in Planetenbauweise, wobei mittels der Elektromaschine neben Getriebefunktionen, wie Lastschaltungen, verschleißfreie Anfahrvorgänge etc. auch diverse Hybridfunktionen, wie elektrodynamische, verlustreduzierte Anfahrvorgänge, Nutzbremsungen usw., durchführbar sind.
Die mit der Elektromaschine darstellbaren Hybridfunktionen sind dabei von den Eigenschaften des Radsatzes sowie der Leistungsklasse der Elektromaschine abhängig. Ferner ist über die Elektromaschine ein Anfahrvorgang ähnlich wie bei einem elektrodynamischen Anfahrelement durchführbar, wenn eine Getriebewelle durch einen entsprechenden Betrieb der Elektromaschine abgebremst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem genannten Stand der Technik ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem eine Vorübersetzung der Elektromaschine ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Planetenradsatzes realisierbar ist. Dadurch soll ein einfacher und kostengünstiger Getriebeaufbau gewährleistet werden. Das Getriebe soll mindestens sechs Vorwärtsgänge aufweisen, wobei zumindest ein Rückwärtsgang im rein elektrischen Fahrbetrieb realisierbar ist. Ferner sollen der Bauaufwand, die Bauteilbelastung und die Baugröße optimiert werden und zudem der Wirkungsgrad hinsichtlich der Schlepp- und Verzahnungsverluste verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein erfindungsgemäßes lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches einen Antrieb und einen Abtrieb aufweist, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Des Weiteren sind drei Planetenradsätze, im Folgenden als erster, zweiter und dritter Planetenradsatz bezeichnet, die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen, sechs drehbare Wellen – im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet – sowie mindestens fünf Schaltelemente, umfassend zwei Bremsen und drei Kupplungen, vorgesehen, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb bewirkt.
Gemäß der Erfindung ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit der sechsten Welle drehfest verbunden, welche über eine zweite Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar und über eine erste Kupplung mit der Antriebswelle lösbar verbindbar ist, welche mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine weitere Kupplung mit einem Verbrennungsmotor lösbar verbindbar ist. Die Abtriebswelle ist mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit der mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbundenen vierten Welle drehfest verbunden ist. Ferner ist die dritte Welle mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden und mit dem Rotor der Elektromaschine drehfest verbunden oder wirkverbunden, wobei die fünfte Welle mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und über eine erste Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist und wobei das erste Element des dritten Planetenradsatzes an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt ist.
Gemäß der Erfindung ist eine zweite Kupplung vorgesehen, welche als Kupplung ausgeführt ist, die die dritte Welle mit der vierten Welle lösbar verbindet oder als Kupplung ausgeführt ist, welche die dritte Welle mit der fünften Welle lösbar verbindet.
Zudem ist eine dritte Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz verblockbar ist. Die dritte Kupplung kann hierbei als Kupplung ausgeführt sein, welche die vierte Welle mit der sechsten Welle und somit das dritte Element mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet oder als Kupplung ausgeführt sein, welche die Abtriebswelle mit der sechsten Welle und somit das zweite Element mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet oder als Kupplung ausgeführt sein, welche die Abtriebswelle mit der vierten Welle und somit das zweite Element mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes lösbar verbindet.
Gemäß der Erfindung ist das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, wobei das zweite Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist. Ferner ist das dritte Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet.
Die Planetenradsätze des Getriebes sind vorzugsweise als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze des Getriebes als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ist die Elektromaschine an die dritte Welle des Getriebes angebunden, welche über den dritten Planetenradsatz, der bei der Entstehung der Gänge mitwirkt und als getriebeintegrierte Vorübersetzung dient, zur Antriebswelle eine feste, gangunabhängige Übersetzung aufweist, wodurch die Elektromaschine in jedem Gang des Getriebes schneller als der an die Antriebswelle anbindbare Verbrennungsmotor dreht. Dies wiederum ermöglicht eine Auslegung der Elektromaschine mit weniger Drehmoment und höherer Drehzahl, was sich auf die Kosten und den Bauraumbedarf positiv auswirkt. Da der dritte Planetenradsatz sowohl zur Gangentstehung als auch zur Vorübersetzung für die Elektromaschine genutzt wird, entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Planetenradsatzes, wodurch die Kosten und der Bauraumbedarf weiter gesenkt werden.
Die Planetenradsätze sind vorzugsweise axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, welcher mit dem Getriebe verbindbar ist, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet, wobei dadurch eine Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung ermöglicht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe sind sechs mechanische Vorwärtsgänge realisierbar, wobei eine Rückwärtsfahrt durch die dann rückwärtsdrehende Elektromaschine in einem Vorwärtsgang erfolgt. Ferner können bei vom Getriebe abgekoppeltem Verbrennungsmotor einzelne Vorwärtsgänge rein elektrisch gefahren werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mehrstufengetriebes ergeben sich insbesondere für Personenkraftwagen geeignete Übersetzungen sowie eine erhöhte Gesamtspreizung, wodurch eine Verbesserung des Fahrkomforts und eine signifikante Verbrauchsabsenkung bewirkt werden.
Darüber hinaus wird mit dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe durch eine geringe Anzahl an Schaltelementen und Planetenradsätzen der Bauaufwand erheblich reduziert. Des Weiteren ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe ein guter Wirkungsgrad in den Hauptfahrgängen bezüglich der Schlepp- und Verzahnungsverluste.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Getriebe derart konzipiert, dass eine Anpassbarkeit an unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen sowohl in Kraftflussrichtung als auch in räumlicher Hinsicht ermöglicht wird. Das Getriebe kann beispielsweise in Front-Quer-Bauweise oder im Rahmen eines Standardantriebs eingebaut werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
1: eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
2: ein beispielhaftes Schaltschema für ein Mehrstufengetriebe gemäß 1;
3: eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
4: eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
5: eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes;
6: eine schematische Ansicht einer fünften bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes; und
7: eine schematische Ansicht einer sechsten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle 1, einer Abtriebswelle 2 und drei Planetenradsätzen RS1, RS2 und RS3, die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen, dargestellt, welche in einem Gehäuse G angeordnet sind. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Planetenradsätze als Minus-Planetenradsätze ausgebildet, wobei das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes, das zweite Element durch einen Steg und das dritte Element durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist.
Gemäß der Erfindung kann im Rahmen funktionsgleicher Varianten zumindest einer der gemäß 1 als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, welcher mit dem Getriebe verbindbar ist, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz RS1, zweiter Planetenradsatz RS2, dritter Planetenradsatz RS3 angeordnet. Gemäß der Erfindung sind die axiale Reihenfolge der einzelnen Planetenradsätze und die Anordnung der Schaltelemente frei wählbar, solange es die Bindbarkeit der Elemente zulässt.
Wie aus 1 ersichtlich, sind fünf Schaltelemente, nämlich zwei Bremsen 05, 06 und drei Kupplungen 16, 34, 46 vorgesehen. Ferner ist eine weitere Kupplung K0 vorgesehen, über die die Antriebswelle 1 des Getriebes mit einem Verbrennungsmotor lösbar verbindbar ist. Die weitere Kupplung K0 kann als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgeführt sein, wodurch ein Schleppstart ermöglicht wird. Ferner kann die weitere Kupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein, wobei in diesem Fall kein Schleppstart möglich ist.
Die räumliche Anordnung der Schaltelemente kann beliebig sein und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung begrenzt. Die Kupplungen des Getriebes sind vorzugsweise als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt, wobei die Bremsen vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Klauenschaltelemente oder Synchronisierungen ausgeführt sein können. Im Rahmen weiterer Ausgestaltungen können einzelne Kupplungen als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein; ferner kann zumindest eine Bremse als Reibschaltelement bzw. Lamellenschaltelement ausgeführt sein.
Mit diesen Schaltelementen ist ein selektives Schalten von sechs mechanischen, d.h. verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen realisierbar. Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe weist insgesamt sechs drehbare Wellen auf, die im Folgenden als Antriebswelle, Abtriebswelle, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnet werden, wobei die Antriebswelle die erste Welle 1 und die Abtriebswelle die zweite Welle 2 des Getriebes bilden.
Erfindungsgemäß ist bei dem Mehrstufengetriebe gemäß 1 vorgesehen, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der sechsten Welle 6 drehfest verbunden ist, welche über eine zweite Bremse 06 an ein Gehäuse G ankoppelbar und über eine erste Kupplung 16 mit der Antriebswelle 1 des Getriebes lösbar verbindbar ist, welche mit dem zweiten Element, d.h. mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit dem ersten Element, d.h. dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine weitere Kupplung K0 mit einem Verbrennungsmotor lösbar verbindbar ist.
Bezugnehmend auf 1 ist die Abtriebswelle 2 mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbunden, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes RS1, d.h. das Hohlrad, mit der mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbundenen vierten Welle 4 drehfest verbunden ist und wobei die dritte Welle 3 mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 drehfest verbunden und mit dem Rotor einer Elektromaschine EM drehfest verbunden oder wirkverbunden ist. Die fünfte Welle 5 ist mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden und über eine erste Bremse 05 an ein Gehäuse G des Getriebes ankoppelbar, wobei das erste Element des dritten Planetenradsatzes RS3 an ein Gehäuse G des Getriebes gekoppelt ist (Welle 0).
Hierbei ist eine zweite Kupplung vorgesehen, welche bei dem gezeigten Beispiel als Kupplung 34 ausgeführt ist, die die dritte Welle mit der vierten Welle lösbar verbindet.
Gemäß der Erfindung ist eine dritte Kupplung vorgesehen, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz RS1 verblockbar ist, welche bei dem in 1 gezeigten Beispiel als Kupplung 46 ausgeführt ist, welche die vierte Welle 4 mit der sechsten Welle 6 und somit das dritte Element mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet.
In 2 ist ein beispielhaftes Schaltschema eines Mehrstufengetriebes gemäß 1 dargestellt. Das Mehrstufengetriebe weist sechs mechanische Vorwärtsgänge auf. Für jeden mechanischen Vorwärtsgang werden zwei Schaltelemente geschlossen. Aus 2 wird ersichtlich, dass bei sequentieller Schaltweise der mechanischen Vorwärtsgänge jeweils nur ein Schaltelement zugeschaltet und ein Schaltelement abgeschaltet werden muss, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen.
Der erste Vorwärtsgang des Getriebes ergibt sich bei dem gezeigten Beispiel durch Schließen der ersten und zweiten Bremse 05, 06, der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 05 und der dritten Kupplung 46, der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse 05 und der ersten Kupplung 16, der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und dritten Kupplung 16, 46, der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Kupplung 16, 34 und der sechste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen der zweiten und dritten Kupplung 34, 46. Zur Realisierung zumindest eines Rückwärtsgangs wird einer der Vorwärtsgänge, vorzugsweise der erste Vorwärtsgang im rein elektrischen Fahrbetrieb bei geöffneter weiterer Kupplung K0 bei Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine EM geschaltet. Gemäß der Erfindung ergeben sich auch bei gleichem Getriebeschema je nach Schaltlogik unterschiedliche Gangsprünge, so dass eine anwendungs- bzw. fahrzeugspezifische Variation ermöglicht wird. Ferner können bei vom Getriebe abgekoppeltem Verbrennungsmotor, d.h. bei geöffneter weiterer Kupplung K0 einzelne Vorwärtsgänge rein elektrisch gefahren werden.
Das in 3 gezeigte funktionsgleiche Beispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass die dritte Kupplung zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 als Kupplung 26 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der sechsten Welle 6 und somit das zweite Element mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 46 für die dritte Kupplung durch das Bezugszeichen 26 ersetzt wird.
Gegenstand der 4 ist ein erfindungsgemäß ausgeführtes Getriebe, welches sich bei unveränderter Funktionalität vom Getriebe nach 1 dadurch unterscheidet, dass die dritte Kupplung als Kupplung 24 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der vierten Welle 4 und somit das zweite Element mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 46 für die dritte Kupplung durch das Bezugszeichen 24 ersetzt wird.
Das in 5 dargestellte Getriebe unterscheidet sich bei unveränderter Funktionalität vom Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch, dass die zweite Kupplung als Kupplung 35 ausgeführt ist, welche die dritte Welle 3 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 34 für die zweite Kupplung durch das Bezugszeichen 35 ersetzt wird.
In 6 ist ein funktionsgleiches Getriebe dargestellt, welches sich vom Getriebe nach 1 dadurch unterscheidet, dass die dritte Kupplung zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 als Kupplung 26 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der sechsten Welle 6 und somit das zweite Element mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet und dass die zweite Kupplung als Kupplung 35 ausgeführt ist, welche die dritte Welle 3 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 34 für die zweite Kupplung durch das Bezugszeichen 35 ersetzt wird und dass das Bezugszeichen 46 für die dritte Kupplung durch das Bezugszeichen 26 ersetzt wird.
Gegenstand der 7 ist ein funktionsgleiches Getriebe, welches sich vom Getriebe nach 1 dadurch unterscheidet, dass die dritte Kupplung zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 als Kupplung 24 ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle 2 mit der vierten Welle 4 und somit das zweite Element mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 lösbar verbindet und dass die zweite Kupplung als Kupplung 35 ausgeführt ist, welche die dritte Welle 3 mit der fünften Welle 5 lösbar verbindet. Das dieser Ausgestaltung entsprechende Schaltschema entspricht dem Schaltschema gemäß 2 mit dem Unterschied, dass das Bezugszeichen 34 für die zweite Kupplung durch das Bezugszeichen 35 ersetzt wird und dass das Bezugszeichen 46 für die dritte Kupplung durch das Bezugszeichen 24 ersetzt wird.
Wie bereits ausgeführt, kann zumindest einer der bei den gezeigten Beispielen als Minus-Planetenradsätze ausgeführten Planetenradsätze des Getriebes als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn gleichzeitig die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird. Für den Fall eines Plus-Planetenradsatzes ist das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, wobei das zweite Element durch ein Hohlrad und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist.
Beispielsweise kann bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 der zweite Planetenradsatz RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt sein, wenn bei sonst unverändertem Getriebeaufbau die fünfte Welle 5 mit dem Steg und die vierte Welle 4 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden sind. Um die gleichen Übersetzungen wie bei der Ausführung gemäß 1 bei sonst unverändertem Getriebeaufbau zu erzielen, wird der Betrag der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes RS2 im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht.
Erfindungsgemäß ist es ferner optional möglich, an jeder geeigneten Stelle des Mehrstufengetriebes zusätzliche Freiläufe vorzusehen, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse oder um zwei Wellen gegebenenfalls zu verbinden.
Auf der Antriebsseite oder auf der Abtriebsseite können ein Achsdifferential und/oder ein Verteilerdifferential angeordnet werden.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe ermöglicht außerdem die Anordnung eines Torsionsschwingungsdämpfers zwischen Antriebsmotor und Getriebe.
Im Rahmen einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, eine verschleißfreie Bremse, wie z.B. ein hydraulischer oder elektrischer Retarder oder dergleichen, angeordnet sein, was insbesondere für den Einsatz in Nutzkraftfahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Des Weiteren kann zum Antrieb von zusätzlichen Aggregaten auf jeder Welle, bevorzugt auf der Antriebswelle 1 oder der Abtriebswelle 2, ein Nebenabtrieb vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

0: Welle
1: erste Welle, Antriebswelle
2: zweite Welle, Abtriebswelle
3: dritte Welle
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
05: erste Bremse
06: zweite Bremse
16: erste Kupplung
24: dritte Kupplung
26: dritte Kupplung
34: zweite Kupplung
35: zweite Kupplung
46: dritte Kupplung
EM: Elektromaschine
G: Gehäuse
K0: weitere Kupplung
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz

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 102012212257 A1 [0004]
DE 102007005438 A1 [0009]

Claims

Lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine (EM) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2) und drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), die jeweils ein erstes Element, ein zweites Element und ein drittes Element aufweisen und in einem Gehäuse (G) angeordnet sind, wobei das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (RS1, RS2, RS3) gebildet ist, wobei das zweite Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (RS1, RS2, RS3) gebildet ist, wobei das dritte Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (RS1, RS2, RS3) gebildet ist, sechs drehbare Wellen (1, 2, 3, 4, 5, 6) sowie fünf Schaltelemente (05, 06, 16, 24, 26, 34, 35, 46), umfassend zwei Bremsen (05, 06) und Kupplungen (16, 24, 26, 34, 35, 46), deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) bewirkt, wobei das erste Element eines ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer sechsten Welle (6) drehfest verbunden ist, welche über eine zweite Bremse (06) an das Gehäuse (G) ankoppelbar und über eine erste Kupplung (16) mit der Antriebswelle (1) lösbar verbindbar ist, die mit dem ersten Element eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem zweiten Element eines dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden und über eine weitere Kupplung (K0) mit einem Verbrennungsmotor lösbar verbindbar ist, wobei die Abtriebswelle (2) mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbunden und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einer mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbundenen vierten Welle (4) drehfest verbunden ist, wobei eine dritte Welle (3) mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) drehfest verbunden und mit dem Rotor der Elektromaschine (EM) drehfest verbunden oder wirkverbunden ist, wobei eine fünfte Welle (5) mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden und über eine erste Bremse (05) an das Gehäuse (G) ankoppelbar ist und das erste Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) an das Gehäuse (G) gekoppelt ist, wobei eine zweite Kupplung vorgesehen ist, welche als Kupplung (34) ausgeführt ist, die die dritte Welle (3) mit der vierten Welle (4) lösbar verbindet oder als Kupplung (35) ausgeführt ist, welche die dritte Welle (3) mit der fünften Welle (5) lösbar verbindet und wobei eine dritte Kupplung (24, 26, 46) vorgesehen ist, durch deren Schließen der erste Planetenradsatz (RS1) verblockbar ist.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung als Kupplung (46) ausgeführt ist, welche die vierte Welle (4) mit der sechsten Welle (6) lösbar verbindet oder als Kupplung (26) ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle (2) mit der sechsten Welle (6) lösbar verbindet oder als Kupplung (24) ausgeführt ist, welche die Abtriebswelle (2) mit der vierten Welle (4) lösbar verbindet.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Planetenradsatz (RS3) bei der Entstehung der Gänge mitwirkt und als getriebeintegrierte Vorübersetzung für die Elektromaschine (EM) dient, wobei die mit der Elektromaschine (EM) und dem dritten Planetenradsatz (RS3) verbundene dritte Welle (3) zur Antriebswelle (1) eine feste, gangunabhängige Übersetzung aufweist, wodurch die Elektromaschine (EM) in jedem Gang des Getriebes schneller als der an die Antriebswelle (1) anbindbare Verbrennungsmotor dreht.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) als Minus-Planetenradsätze ausgeführt sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei die Steg- und Hohlradanbindung des als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Planetenradsatzes im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetenradsatz getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung um 1 erhöht wird.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) axial betrachtet antriebsseitig in Kraftflussrichtung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, welcher mit dem Getriebe verbindbar ist, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz (RS1), zweiter Planetenradsatz (RS2), dritter Planetenradsatz (RS3) angeordnet sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsen (05, 06) des Getriebes als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (16, 24, 26, 34, 35, 46) des Getriebes als Reibschaltelemente bzw. Lamellenschaltelemente ausgeführt sind.
Lastschaltbares Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sechs mechanische Vorwärtsgänge realisierbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang durch Schließen der ersten und zweiten Bremse (05, 06), der zweite Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (05) und der dritten Kupplung (24, 26, 46), der dritte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Bremse (05) und der ersten Kupplung (16), der vierte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) und der dritten Kupplung (24, 26, 46), der fünfte Vorwärtsgang durch Schließen der ersten Kupplung (16) und der zweiten Kupplung (34, 35) und wobei sich der sechste Vorwärtsgang durch Schließen der zweiten Kupplung (34, 35) und der dritten Kupplung (24, 26, 46) ergibt, wobei zur Realisierung zumindest eines Rückwärtsgangs einer der Vorwärtsgänge im rein elektrischen Fahrbetrieb bei geöffneter weiterer Kupplung (K0) bei Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine (EM) geschaltet wird.