DE102015204573A1 - Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Viktor Warth
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor (VM), eine zweite Antriebswelle (4) zum Ankoppeln an einen Elektromotor (EM), eine Abtriebswelle (Ab), wenigstens drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) sowie mehrere Schaltelemente (K1, K2, B1, B2) aufweist. Die zweite Antriebswelle (4) ist mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden ist und die erste Antriebswelle (An) ist mit einem dritten Planetenradsatz (RS3) drehfest verbunden. Dabei ist die Abtriebswelle (Ab) mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden und der zweite Planetenradsatz (RS2) ist mittels einer ersten Getriebewelle (5) mit dem dritten Planetenradsatz (RS3) drehfest verbunden. Darüber hinaus ist der dritte Planetenradsatz (RS3) mit einer zweiten Getriebewelle (6) drehfest verbunden, wobei die zweite Getriebewelle (6) mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit der Abtriebswelle (Ab) und mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor, eine zweite Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Elektromotor, eine Abtriebswelle, wenigstens drei Planetenradsätze sowie mehrere Schaltelemente aufweist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrstufengetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrstufengetriebe oder einem Hybridantrieb.
  • Aus DE 10 2012 212 257 A1 ist ein Planetengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt. Das Planetengetriebe weist drei gekoppelte Planetenradsätze mit mehreren Schaltelementen und mit wenigstens einer Elektromaschine auf, die einer Welle innerhalb des Getriebes zugeordnet ist. In einem Hybridbetrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromaschine ist es durch Kopplung der Elektromaschine mit dem Getriebeabtrieb und eine entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine möglich, während aller im verbrennungsmotorischen Betrieb durchgeführten Schaltungen die Zugkraft des Antriebsstrangs aufrecht zu erhalten und die Schaltelemente zu synchronisieren. Außerdem kann die Elektromaschine für andere Funktionen, wie beispielsweise ein elektrisches Anfahren ohne zusätzliches Anfahrelement, ein rein elektrisches Fahren ohne zusätzliches Entkopplungselement für den Verbrennungsmotor, oder für das Starten des Verbrennungsmotors ausgehend von einem rein elektrischen Fahrbetrieb, genutzt werden. Insbesondere ist für das elektrische Anfahren und das elektromotorische Starten des Verbrennungsmotors kein zusätzliches Anfahr- beziehungsweise Trennelement erforderlich.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Mehrstufengetriebe anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweite Antriebswelle mit einem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass die erste Antriebswelle mit einem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass die Abtriebswelle mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass der zweite Planetenradsatz mittels einer ersten Getriebewelle mit dem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass der dritte Planetenradsatz mit einer zweiten Getriebewelle drehfest verbunden ist, wobei die zweite Getriebewelle mittels eines ersten Schaltelements mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar ist. Zudem ist die die zweite Getriebewelle mittels eines zweiten Schaltelements mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar ist.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße, insbesondere lastschaltbare, Mehrstufengetriebe mit einer geringen Anzahl von Schaltelementen und Planetenradsätzen auskommt, so dass der Herstellungsaufwand vergleichsweise gering ist. Dennoch bietet das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe eine gute Übersetzungsreihe, einen guten Wirkungsgrad, wobei insbesondere Schlepp- und Verzahnungsverluste, sowie die Bauteilbelastung reduziert sind. Außerdem kann das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise sehr kompakt und daher auch bauraumsparend ausgeführt sein.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Mehrstufengetriebe, insbesondere aufgrund der Ausbildung der Planetenradsätze, wenigstens ein elektrischer Vorwärtsgang mit hoher Übersetzung bereitgestellt werden kann. Dadurch kann eine ähnlich hohe Zugkraft wie bei einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb realisiert werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Elektromotor kostengünstig ausgelegt werden kann, da durch diesen kein hohes Drehmoment bereitgestellt werden muss.
  • Darüber hinaus besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass im Hybridbetrieb des Mehrstufengetriebes für den Elektromotor in jedem Gang günstige Drehzahlverhältnisse herrschen, so dass Hybridfunktionen, wie Boosten, Rekuperieren oder eine Lastpunktverschiebung möglich sind.
  • Die Planetenradsätze, insbesondere der erste und/oder der dritte Planetenradsatz, können als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein.
  • Die Überführung eines Minus-Planetenradsatzes in einen Plus-Planetenradsatz kann durch Vertauschen der Steg- und Hohlradanbindung erfolgen. Zudem muss der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht werden.
  • Bei einer besonderen Ausführung ist ein erster Planetenradsatz mit der ersten Antriebswelle und mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden. Alternativ ist der erste Planetenradsatz mit der ersten Antriebswelle drehfest verbunden und mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar. In einer weiteren alternativen Ausführung ist der erste Planetenradsatz mit der ersten Antriebswelle drehfest verbindbar und mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar.
  • Dabei ist der erste Planetenradsatz ist mit einem dritten Schaltelement gekoppelt, wobei bei geschlossenem drittem Schaltelement ein Drehmoment über den ersten Planetenradsatz, insbesondere auf die erste oder zweite Antriebswelle, übertragbar ist. So kann bei einem geöffneten dritten Schaltelement beispielsweise keine Abstützung am Gehäuse erfolgen, so dass kein Drehmoment, insbesondere auf die erste oder zweite Abtriebswelle, übertragen werden kann. Alternativ kann das dritte Schaltelement zwischen dem ersten Planetenradsatz und der ersten und/oder zweiten Antriebswelle angeordnet sein, so dass im geöffneten Zustand kein Drehmoment von dem ersten Planetenradsatz auf die erste oder zweite Antriebswelle übertragbar ist.
  • Bei einem geschlossenen dritten Schaltelement kann das Drehmoment von dem ersten Planetenradsatz auf die erste Antriebswelle oder die zweite Antriebswelle übertragen werden. Im Ergebnis kann abhängig von dem Schaltzustand des dritten Schaltelements eingestellt werden, ob über den ersten Planetenradsatz ein Drehmoment übertragen wird oder nicht.
  • Eine besondere Ausführung des ersten Planetenradsatzes besteht darin, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements mit einem Gehäuse, insbesondere einem ortsfesten und/oder nicht drehbarem Gehäuse des Mehrstufengetriebes, drehfest verbindbar ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Antriebswelle drehfest verbunden ist. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden.
  • In einer alternativen Ausführung des ersten Planetenradsatzes kann vorgesehen sein, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements mit der ersten Antriebswelle drehfest verbindbar ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden ist.
  • Eine weitere alternative Ausführung des ersten Planetenradsatzes besteht darin, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse drehfest verbunden ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Antriebswelle drehfest verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mittels des dritten Schaltelements mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar ist. Im Ergebnis kann ein erster Planetenradsatz bereitgestellt werden, bei dem auf einfache Weise eingestellt werden kann, ob der erste Planetenradsatz ein Drehmoment überträgt oder nicht.
  • Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ist mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbunden und/oder der Steg des zweiten Planetenradsatzes ist mit der Abtriebswelle drehfest verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Getriebewelle drehfest verbunden. Das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ist mit der ersten Getriebewelle drehfest verbunden und/oder der Steg des dritten Planetenradsatzes ist mit der zweiten Getriebewelle drehfest verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit der ersten Antriebswelle drehfest verbunden. Darüber hinaus ist die erste Getriebewelle mittels eines vierten Schaltelements mit einem Gehäuse des Mehrstufengetriebes drehfest verbindbar.
  • Im Sinne der Erfindung wird als eine drehfeste Verbindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden, die derart ausgebildet ist, dass die beiden miteinander verbundenen Bauteile stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist nur möglich, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen kein Schaltelement angeordnet ist, da ansonsten im geöffneten Zustand des Schaltelements sich die Drehzahlen der beiden Bauteile voneinander unterscheiden können. Zudem wird im Sinne der Erfindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen als „drehfest verbindbar“ bezeichnet, wenn zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen ein Schaltelement angeordnet ist.
  • Bei einer besonderen Ausführung können die Schaltelemente lastfrei zu schaltende und/oder nicht reibschlüssig arbeitende Schaltelemente sein. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass nicht sämtliche der Schaltelemente lastfrei zu schaltende und/oder nicht reibschlüssig arbeitende Schaltelemente sind. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens ein Schaltelement als ein Lastschaltelement ausgeführt ist und/oder wenigstens ein Schaltelement als ein formschlüssig arbeitendes Schaltelement, insbesondere als eine Klaue oder dergleichen, ausgeführt ist. Dabei kann wenigstens ein Schaltelement eine, insbesondere lastfrei zu schaltende, Kupplung oder Bremse sein.
  • Ein lastfreies Schalten hat den besonderen Vorteil der weitgehenden Vermeidung von Schleppverlusten. Dabei kann ein lastfreies Schalten in dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Bei einer sogenannten abtriebsgestützten Schaltung ist der Elektromotor mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin angekoppelt und stützt die Zugkraft allein elektromotorisch, während der Verbrennungsmotor im Hintergrund eine lastfreie Schaltung ausführt. Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung wird ein angekoppelter Elektromotor und/oder ein angekoppelter Verbrennungsmotor für einen Schaltvorgang, zumindest vorübergehend, derart gesteuert, dass ein zur Ausführung des Schaltvorgangs zu betätigendes Schaltelement lastfrei wird. Eine elektrodynamische Schaltung hat den ganz besonderen Vorteil, dass auch während des Schaltvorgangs sehr gute Fahrleistungen möglich sind. Insoweit kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Steuerungsvorrichtung einen angekoppelten Elektromotor und/oder einen angekoppelten Verbrennungsmotor für einen Schaltvorgang, zumindest vorübergehend, derart steuert, dass ein zur Ausführung des Schaltvorgangs zu betätigendes Schaltelement lastfrei wird.
  • Das Mehrstufengetriebe kann in der Weise ausgeführt sein, dass es wenigstens einen, insbesondere genau einen, elektrischen Vorwärtsgang für einen elektrischen Fahrbetrieb aufweist und/oder dass es wenigstens sechs, insbesondere genau sechs Verbrennungsmotor-Vorwärtsgänge für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor oder für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor aufweist. Das Mehrstufengetriebe kann alternativ oder zusätzlich in der Weise ausgeführt sein, dass über ein oder mehrere der Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmotordrehzahl und Elektromotordrehzahl und der Abtriebswellendrehzahl stattfindet, so dass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist, wobei der Elektromotor ein Drehmoment abstützt. Im Ergebnis kann somit mit dem Mehrstufengetriebe ein rein elektrischer Fahrbetrieb oder ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb oder ein Hybridbetrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor realisiert werden.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann das Mehrstufengetriebe in einem ersten elektrischen Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements eingestellt werden, wobei die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang kann ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen ersten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements realisiert werden. Ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang kann durch Schließen des dritten Schaltelements realisiert werden oder ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements realisiert werden.
  • Natürlich ist auch ein Verbrennungsmotor-Zustart aus einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang möglich, bei dem wenigstens zwei Schaltelemente geschlossen werden und wenigstens ein Schaltelement geöffnet wird. Dabei kann ein Umschalten von dem elektrischen Vorwärtsgang in den Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang, bei dem ein einziges Schaltelement geschlossen wird, lastfrei an dem zu schließenden Schaltelement realisiert werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Schaltelemente entlastet werden. Dagegen kann ein Umschalten von einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang in Fällen, bei denen wenigstens zwei Schaltelemente geschlossen und wenigstens ein Schaltelement geöffnet wird, unter Last, insbesondere Reiblast, an den zu schließenden Schaltelementen erfolgen.
  • Im Sinne der Erfindung werden bei einem lastfreien Zuschalten die beiden Schaltelementteile zur Synchronisierung der Drehzahl miteinander verbunden, ohne dass ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen wird. Dagegen wird bei einem Schalten unter Last neben der Synchronisierung der Drehzahl ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen.
  • Eine Drehrichtung des Elektromotors, insbesondere eines Rotor des Elektromotors, kann in einem, insbesondere ersten, elektrischen Rückwärtsgang entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Elektromotors in dem, insbesondere ersten, elektrischen Vorwärtsgang sein. Dies bedeutet, dass in einem Vorwärtsbetrieb des Mehrstufengetriebes der Elektromotor in eine andere Richtung dreht als in einem Rückwärtsbetrieb des Mehrstufengetriebes. Daher besteht keine Notwendigkeit für das Vorsehen eines mechanischen Rückwärtsgangs, wodurch sich der Aufbau des Mehrstufengetriebes vereinfacht.
  • Der Elektromotor kann auf unterschiedlichste Weise angekoppelt sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist oder wirkverbindbar ist. Für den Fall, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist, sind keine Schaltelemente zwischen dem Elektromotor und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes angeordnet, so dass ein Drehmoment des Elektromotors unmittelbar auf das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes übertragen wird.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Antriebswelle wenigstens teilweise Bestandteil des Elektromotors ist. Dies beispielsweise dadurch, dass sie unmittelbar mit dem Rotor des Elektromotors verbunden oder verbindbar ist. Beispielsweise um eine günstige Auslegung des Elektromotors hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment zu erreichen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Elektromotor über ein Vorübersetzungsgetriebe an die zweite Antriebswelle angekoppelt ist oder ankoppelbar ist. Insbesondere kann das Vorübersetzungsgetriebe als weiterer Planetenradsatz ausgebildet sein. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Vorübersetzungsgetriebe derart ausgelegt ist, dass der Elektromotor mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann, so dass er ein geringeres Drehmoment aufzubringen braucht.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Elektromotor in einem Gehäuse, insbesondere dem Gehäuse des Mehrstufengetriebes, angeordnet. Insbesondere bei einer solchen Ausführung kann der Elektromotor vorteilhaft koaxial, insbesondere zur zweiten Antriebswelle, angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass der Elektromotor achsparallel angeordnet und beispielsweise über ein Zugmitteltrieb oder eine Stirnradübersetzung und/oder eine Kegelradgetriebe triebtechnisch angekoppelt ist.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann vorgesehen sein, dass auf wenigstens einer der Wellen des beschriebenen Mehrstufengetriebes ein Freilauf zum Gehäuse oder zu einer anderen der Wellen angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Weise können die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb eines an die erste Antriebswelle angekoppelten Verbrennungsmotors in der Reihenfolge: erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz angeordnet sein. Die Betrachtung erfolgt somit ausgehend von der Antriebsseite, insbesondere ausgehend von dem Verbrennungsmotor, in Kraftflussrichtung.
  • Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe kann insbesondere vorteilhaft in der Weise ausgestaltet sein, dass speziell für die Erfordernisse eines Wagens geeignete Übersetzungen bereitgestellt sind. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe den besonderen Vorteil, dass es auf einfache Weise für unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen, sowohl hinsichtlich der Kraftflussrichtung, als auch hinsichtlich der räumlichen Anordnung angepasst werden kann. Das Mehrstufengetriebe kann beispielsweise in Front-Quer-Bauweise oder in Heck-Quer-Bauweise oder beispielsweise in koaxialer Bauweise ausgeführt sein.
  • Von besonderem Vorteil ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, der ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe aufweist, wobei an die erste Antriebswelle ein Verbrennungsmotor und an die zweite Antriebswelle ein Elektromotor angekoppelt ist. Darüber hinaus ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe und/oder mit einem solchen Hybridantrieb von besonderem Vorteil.
  • Der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ist mit dem Mehrstufengetriebe, insbesondere der ersten Antriebswelle, drehfest verbunden. Dies bedeutet, dass kein Trennelement, insbesondere keine Trennkupplung, zwischen dem Motor und dem Getriebe vorhanden ist, was aus Kostengesichtspunkten vorteilhaft ist.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwertige Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
  • 2 ein Schaltschema für das Mehrstufengetriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes,
  • 5 ein Schaltschema für das Mehrstufengetriebe gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, das antriebseitig eine erste Antriebswelle An zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor VM, eine zweite Antriebswelle 4 zum Ankoppeln an einen Elektromotor EM und abtriebsseitig eine Abtriebswelle Ab aufweist. Zudem weist das Mehrstufengetriebe wenigstens drei Planetenradsätze, nämlich einen ersten Planetenradsatz RS1, einen zweiten Planetenradsatz RS2 und einen dritten Planetenradsatz RS3, sowie vier Schaltelemente, nämlich ein erstes Schaltelement K1, ein zweites Schaltelement K2, ein drittes Schaltelement B2 und ein viertes Schaltelement B1, auf. Dabei können das erste und zweite Schaltelement K1, K2 als Kupplung und das dritte und vierte Schaltelement B2, B1 als Bremse ausgebildet sein.
  • Es sind unterschiedliche Gänge für einen elektrischen Fahrbetrieb mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen zwischen der zweiten Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle Ab durch Ändern der Kombination von Schaltzuständen der Schaltelemente einstellbar. Dabei sind ein rein elektrischer Fahrbetrieb des Fahrzeugs, ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb und ein Hybridbetrieb, bei dem der Antrieb sowohl durch den Elektromotor als auch durch den Verbrennungsmotor realisiert wird, möglich.
  • Die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 sind als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die erste Antriebswelle An ist mit dem Verbrennungsmotor VM drehfest verbunden. Zudem ist die erste Antriebswelle An mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 und mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels des vierten Schaltelements B2 mit dem Gehäuse G des Mehrstufengetriebes drehfest verbindbar. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbunden.
  • Der Elektromotor EM ist innerhalb des Gehäuses G des Mehrstufengetriebes angeordnet und mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbunden. Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbunden. Der Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der Abtriebswelle Ab drehfest verbunden. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit einer ersten Getriebewelle 5 drehfest verbunden.
  • Das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mittels der ersten Getriebewelle 5 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden. Dabei ist die erste Getriebewelle 5 mittels des vierten Schaltelements B1 mit dem Gehäuse G drehfest verbindbar. Der Steg des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit einer zweiten Getriebewelle 6 drehfest verbunden. Die zweite Getriebewelle 6 ist mittels des zweiten Schaltelements K2 mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbindbar. Zudem ist die zweite Getriebewelle 6 mittels des ersten Schaltelements K1 mit der Abtriebswelle Ab drehfest verbindbar.
  • Das erste Planetenradsatz RS1 kann ein Drehmoment übertragen, wenn das mit dem ersten Planetenradsatz RS1 gekoppelte dritte Schaltelement B2 geschlossen ist. In den Fällen, in denen das dritte Schaltelement B2 nicht geschlossen ist, erfolgt keine Abstützung über das Gehäuse G des Mehrstufengetriebes, so dass der erste Planetenradsatz RS1 kein Drehmoment auf die erste oder zweite Antriebswelle An, 4 übertragen kann.
  • Wie die in 2 dargestellte Schaltmatrix zeigt, weist das in 1 dargestellte Mehrstufengetriebe einen Vorwärtsgang E1 für einen elektrischen Fahrbetrieb und sechs Vorwärtsgänge für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor VM oder einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor VM und Elektromotor EM auf.
  • Der erste elektrische Vorwärtsgang E1 wird durch Schließen des vierten Schaltelements B1 eingestellt, wobei die übrigen Schaltelemente B2, K1, K2 geöffnet sind. Aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang E1 ist ein Verbrennungsmotor-Zustart in den ersten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 1) durch Schließen des zweiten Schaltelements K2 oder ein Verbrennungsmotor-Zustart in den zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 2) durch Schließen des dritten Schaltelements B2 realisierbar. Außerdem ist ein Verbrennungsmotor-Zustart in den dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 3) durch Schließen des ersten Schaltelements K1 realisierbar. Natürlich ist auch ein Schließen in einen der weiteren Verbrennungsmotor-Vorwärtsgänge möglich, wobei in diesem Fall zwei Schaltelemente geschlossen und ein Schaltelement geöffnet wird.
  • 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Gehäuse G des Mehrstufengetriebes drehfest verbunden ist. Der Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels des dritten Schaltelements K3 mit der ersten Antriebswelle An drehfest verbindbar. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbunden. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Schaltelement K3 als Kupplung und nicht wie in der in 1 dargestellten Ausführung als Bremse ausgebildet ist. Bei einem geöffneten dritten Schaltelement K3 kann über den ersten Planetenradsatz RS1 kein Drehmoment auf die erste Antriebswelle An übertragen werden.
  • 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Gehäuse G des Mehrstufengetriebes drehfest verbunden ist. Der Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit der ersten Antriebswelle An drehfest verbunden. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels des dritten Schaltelements K3‘ mit der zweiten Antriebswelle 4 drehfest verbindbar. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Schaltelement K3‘ als Kupplung und nicht wie in der in 1 dargestellten Ausführung als Bremse ausgebildet ist. Bei einem geöffneten dritten Schaltelement K3‘ kann über den ersten Planetenradsatz RS1 kein Drehmoment auf die zweite Antriebswelle 4 übertragen werden.
  • 5 zeigt ein Schaltschema, das für die in den 3 und 4 gezeigten Ausführungen gilt. Der einzige Unterschied zu dem in 2 gezeigten Schaltschema besteht darin, dass das dritte Schaltelement K3, K3‘ in dem in 5 gezeigten Schaltschema als Kupplung bezeichnet ist, während das dritte Schaltelement B2 in dem in 2 gezeigten Schaltschema als Bremse bezeichnet ist.
  • Unabhängig von den oben besprochenen Ausführungsformen kann der zweite Planetenradsatz RS3 aufgrund der Bindbarkeit, insbesondere des Durchgriffs am Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2, nicht in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden. Dagegen können der erste und dritte Planetenradsatz RS1, RS3 in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 4
    zweite Antriebswelle
    5
    erste Getriebewelle
    6
    zweite Getriebewelle
    K1
    erstes Schaltelement
    K2
    zweites Schaltelement
    B2, K3, K3‘
    drittes Schaltelement
    B1
    viertes Schaltelement
    G
    Gehäuse
    E1
    erster elektrischer Vorwärtsgang
    An
    erste Antriebswelle
    Ab
    Abtriebswelle
    EM
    Elektromotor
    VM
    Verbrennungsmotor
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz
    RS3
    dritter Planetenradsatz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012212257 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor (VM), eine zweite Antriebswelle (4) zum Ankoppeln an einen Elektromotor (EM), eine Abtriebswelle (Ab), wenigstens drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) sowie mehrere Schaltelemente (K1, K2, B1, B2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a. die zweite Antriebswelle (4) mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden ist und dass b. die erste Antriebswelle (An) mit einem dritten Planetenradsatz (RS3) drehfest verbunden ist und dass c. die Abtriebswelle (Ab) mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden ist und dass d. der zweite Planetenradsatz (RS2) mittels einer ersten Getriebewelle (5) mit dem dritten Planetenradsatz (RS3) drehfest verbunden ist und dass e. der dritte Planetenradsatz (RS3) mit einer zweiten Getriebewelle (6) drehfest verbunden ist, wobei die zweite Getriebewelle (6) mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit der Abtriebswelle (Ab) und mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar ist.
  2. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein erster Planetenradsatz (RS1) mit einem dritten Schaltelement (B2, K3, K3‘) gekoppelt ist, wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement (B2, K3, K3‘) ein Drehmoment über den ersten Planetenradsatz (RS1) übertragbar ist oder dass b. das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mittels eines dritten Schaltelements (B2) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der ersten Antriebswelle (An) drehfest verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbunden ist oder dass c. das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) mittels eines dritten Schaltelements (K3) mit der ersten Antriebswelle (An) drehfest verbindbar ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbunden ist oder dass d. das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbunden ist und der Steg des ersten Planetenradsatzes (RS1) mit der ersten Antriebswelle (An) drehfest verbunden ist und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) mittels eines dritten Schaltelements (K3‘) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar ist.
  3. Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbunden ist und/oder dass b. der Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit der Abtriebswelle (Ab) drehfest verbunden ist und/oder dass c. das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) mit der ersten Getriebewelle (5) drehfest verbunden ist.
  4. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) mit der ersten Getriebewelle (5) drehfest verbunden ist und/oder dass b. der Steg des dritten Planetenradsatzes (RS3) mit der zweiten Getriebewelle (6) drehfest verbunden ist und/oder dass c. das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) mit der ersten Antriebswelle (An) drehfest verbunden ist.
  5. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebewelle (5) mittels eines vierten Schaltelements (B1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist.
  6. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Mehrstufengetriebe wenigstens einen, insbesondere genau einen, elektrischen Vorwärtsgang für einen elektrischen Fahrbetrieb aufweist und/oder dass b. das Mehrstufengetriebe wenigstens sechs, insbesondere genau sechs, Verbrennungsmotor-Vorwärtsgänge für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor (VM) oder für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor (VM) und Elektromotor (EM) aufweist.
  7. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen vierten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei die übrigen Schaltelemente geöffnet sind, und dass aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang a. ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen ersten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (K2) realisierbar ist oder dass b. ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements (K3, K3‘, B2) realisierbar ist oder dass c. ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements (K1) realisierbar ist.
  8. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Umschalten von einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang, bei dem ein einziges Schaltelement zu schließen ist, lastfrei an dem zu schließenden Schaltelement realisierbar ist und/oder dass b. ein Umschalten von einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang, bei dem wenigstens zwei Schaltelemente zu schließen und wenigstens ein Schaltelement zu öffnen ist, unter Last, insbesondere Reiblast, an den zu schließenden Schaltelementen realisierbar ist.
  9. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtung des Elektromotors (EM) in einem, insbesondere ersten, elektrischen Rückwärtsgang entgegengesetzt ist zu der Drehrichtung des Elektromotors (EM) in einem, insbesondere ersten, elektrischen Vorwärtsgang.
  10. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Elektromotor (EM) innerhalb eines Gehäuses (G) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (EM) mit der zweiten Antriebswelle (4) wirkverbunden ist oder wirkverbindbar ist oder dass. b. der Elektromotor (EM) innerhalb eines Gehäuses (G) angeordnet ist, wobei die zweite Antriebswelle (4) wenigstens teilweise Bestandteil des Elektromotors (EM) ist oder dass c. der Elektromotor (EM) innerhalb eines Gehäuses (G) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (EM) über ein Vorübersetzungsgetriebe an die zweite Antriebswelle (4) angekoppelt ist oder ankoppelbar ist.
  11. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer der Wellen (4, 5, 6, An, Ab) ein Freilauf zum Gehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet ist.
  12. Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb eines an die erste Antriebswelle angekoppelten Verbrennungsmotors in der Reihenfolge: erster Planetenradsatz (RS1), zweiter Planetenradsatz (RS2), dritter Planetenradsatz (RS3) angeordnet sind.
  13. Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem, insbesondere lastschaltbaren, Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Antriebswelle (An) ein Verbrennungsmotor (VM) und an die zweite Antriebswelle (4) ein Elektromotor angekoppelt sind.
  14. Kraftfahrzeug mit einem Mehrstufengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einem Hybridantrieb nach Anspruch 13.
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