DE102015204580A1

DE102015204580A1 - Lastschaltbares Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015204580A1
Application number: DE102015204580.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier; Viktor Warth; Jens Moraw; Matthias Horn; Michael Wechs; Bernd Knöpke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe (100; 100'; 200; 200'; 200'') in Planetenbauweise, insbesondere für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einer Antriebswelle als erste Welle, einer weiteren Antriebswelle (2) als zweite Welle und einer Abtriebswelle (3) als dritte Welle. Das Mehrstufengetriebe hat wenigstens drei miteinander gekoppelte oder koppelbare Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3), welche jeweils wenigstens ein 1. Getriebeglied (1.1, 2.1, 3.1), ein 2. Getriebeglied (1.2, 2.2, 3.2) und ein 3. Getriebeglied (1.3, 2.3, 3.3) aufweisen und mehrere den Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3) zugeordnete Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50), deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (3) und/oder zwischen der weiteren Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) bewirkt. Es ist vorgesehen, dass die weitere Antriebswelle (2) gegenüber der Antriebswelle (1) eine vom Schaltzustand der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50) unabhängige Übersetzung aufweist und dazu der dritte Planetenradsatz (RS3) genutzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, insbesondere für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges.
Derartige Mehrstufengetriebe kommen in Kraftfahrzeugen für gewöhnlich zum Einsatz, um neben einer Antriebsbewegung einer Verbrennungskraftmaschine zusätzlich eine weitere Antriebsbewegung, beispielsweise einer Elektromaschine, im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges nutzen zu können. Die Mehrstufengetriebe weisen üblicherweise mehrere Schaltelemente auf, welche ein selektives Schalten unterschiedlicher Gänge im Fahrbetrieb mit der Verbrennungskraftmaschine ermöglichen. Die Schaltelemente dienen zudem dazu, verschiedene Betriebszustände bereit zu stellen, wie beispielsweise ein Anfahren und/oder Fahren alleine mittels der weiteren Antriebsbewegung, beispielsweise der Elektromaschine. Die Mehrstufengetriebe weisen häufig einen relativ komplexen und aufwändigen Systemaufbau auf und sind von daher relativ teuer.
Einer Ausführungsform der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstufengetriebe mit den eingangs genannten Merkmalen bereit zu stellen, welches technisch relativ einfach aufgebaut ist und daher kostengünstig zu realisieren ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Mehrstufengetriebe gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise beispielsweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, aufweisend eine Antriebswelle als erste Welle, eine weitere Antriebswelle als zweite Welle und eine Abtriebswelle als dritte Welle. Insbesondere ist die Antriebswelle dazu ausgebildet, mit einer Verbrennungskraftmaschine triebverbunden zu werden. Insbesondere ist die weitere Antriebswelle dazu ausgebildet, mit einer Elektromaschine triebverbunden zu werden.
Das Mehrstufengetriebe hat wenigstens drei miteinander gekoppelte oder koppelbare Planetenradsätze, welche beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und jeweils wenigstens ein 1. Getriebeglied, ein 2. Getriebeglied und ein 3. Getriebeglied aufweisen. Darüber hinaus hat das Mehrstufengetriebe mehrere den Planetenradsätzen zugeordnete Schaltelemente, deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle und/oder zwischen der weiteren Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt.
Es ist vorgesehen, dass die weitere Antriebswelle gegenüber der Antriebswelle eine vom Schaltzustand der Schaltelemente unabhängige Übersetzung aufweist und dazu wenigstens einer der Planetenradsätze genutzt ist. Dadurch weist die weitere Antriebswelle eine feste Vorübersetzung gegenüber der Antriebswelle auf. Für diese Vorübersetzung wird der wenigstens eine getriebeintegrierte Planetenradsatz genutzt, welcher zugleich auch bei der Entstehung der Gangstufen mitwirkt. Dem wenigstens einen Planetenradsatz kommt dadurch eine Mehrfachfunktion zu. Ein separater Planetenradsatz für die Vorübersetzung ist somit eingespart. Das Mehrstufengetriebe ist dadurch in seinem Systemaufbau vereinfacht, wodurch sich Kostenvorteile ergeben.
Es ist ferner vorgesehen, dass bezüglich der vom Schaltzustand der Schaltelemente unabhängigen Übersetzung für die weitere Antriebswelle der dritte Planetenradsatz genutzt ist, dessen 1. Getriebeglied mit einem gehäusefesten Bauteil drehfest verbunden ist, dessen 2. Getriebeglied mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist und dessen 3. Getriebeglied mit der weiteren Antriebswelle drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist. Dadurch ist in technisch einfacher Weise die feste Vorübersetzung durch den einen getriebeintegrierten Planetenradsatz realisiert, welcher zugleich bei der Entstehung der Gangstufen mitwirkt. Auch ist dadurch die weitere Antriebswelle gegenüber der Antriebswelle relativ kurz übersetzt, weist also eine hohe Übersetzung auf.
Der technische Aufbau des Mehrstufengetriebes besteht darin, dass das 1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes mit einer vierten Welle, das 2. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes mit einer fünften Welle und das 3. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle drehfest verbunden sind. Es bietet sich an, dass dann das 1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes mit der weiteren Antriebswelle drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist, das 2. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes mit einer sechsten Welle und das 3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes mit der vierten Welle drehfest verbunden sind. Es bietet sich ferner an, dass das 1. Getriebeglied des dritten Planentenradsatzes mit dem gehäusefesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil drehfest verbunden ist, das 2. Getriebeglied des dritten Planentenradsatzes mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist und das 3. Getriebeglied des dritten Planentenradsatzes mit der weiteren Antriebswelle drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist.
Es ist dadurch ein relativ einfacher Systemaufbau bezüglich der Planetenradsätze erreicht, wobei zugleich durch den dritten Planetenradsatz die feste Übersetzung zwischen der Antriebswelle und der weiteren Antriebswelle berücksichtigt ist. Bei diesem Systemaufbau sind beispielsweise das 1. Getriebeglied des zweiten Planentenradsatzes und das 3. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes mit der dritten Welle sowie das 3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes und das 1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes mit der fünften Welle drehfest verbunden.
Es bietet sich an, dass die weitere Antriebswelle gegenüber der Antriebswelle derart übersetzt ist, dass die weitere Antriebswelle im Vergleich zu der Antriebswelle schneller dreht. Sofern an die weitere Antriebswelle eine Elektromaschine angebunden wird, kann auf einen kostengünstigen Bautyp zurückgegriffen werden, welcher nämlich für eine höhere Drehzahl, dafür aber für ein geringeres Drehmoment ausgelegt ist.
Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die weitere Antriebswelle gegenüber der Antriebswelle derart übersetzt ist, dass die weitere Antriebswelle im Vergleich zu der Antriebswelle langsamer dreht.
Eine mögliche Verschaltung der Komponenten des Mehrstufengetriebes mit den Schaltelementen kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung derart realisiert sein, dass die vierte Welle über ein erstes Schaltelement mit dem gehäusefesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil, die fünfte Welle über ein zweites Schaltelement mit dem gehäusefesten Bauteil oder einem gehäusefesten Bauteil, die Antriebswelle über ein drittes Schaltelement mit der sechsten Welle oder über ein drittes Schaltelement mit der vierten Welle, die weitere Antriebswelle über ein viertes Schaltelement mit der fünften Welle und die sechste Welle über ein fünftes Schaltelement mit der fünften Welle wirkverbindbar sind, insbesondere drehfest verbindbar sind.
Das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement wirken somit gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung. Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement wirken jeweils als Bremse. Das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement kann als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein. Auch kann das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement als Bandbremse ausgeführt sein.
Durch diese Anordnung der Schaltelemente ist es möglich, dass bezüglich der Antriebswelle bis zu oder wenigstens sechs Vorwärtsgänge wahlweise schaltbar sind. Auch ist es mittels dieser Anordnung der Schaltelemente möglich, dass bezüglich der Antriebswelle wenigstens ein Rückwärtsgang schaltbar ist.
Die bezüglich der Antriebswelle wahlweise schaltbaren Vorwärtsgänge können nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert sein, dass in einem 1. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement, in einem 2. Vorwärtsgang das erste Schaltelement und das fünfte Schaltelement, in einem 3. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement, in einem 4. Vorwärtsgang das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement, in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement und in einem 6. Vorwärtsgang das erste Schaltelement und das vierte Schaltelement geschlossen sind. Dadurch sind Gangstufen realisiert, welche einen hohen Fahrkomfort mit geringem Kraftstoffverbrauch und hoher Antriebsleistung ergeben.
Der wenigstens eine Rückwärtsgang kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert sein, dass in dem Rückwärtsgang das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement geschlossen sind. Dadurch ist eine auf das Rückwärtsfahren zugeschnittene Antriebsleistung durch das Mehrstufengetriebe bereit gestellt.
Bei dem Mehrstufengetriebe können die Vorwärtsgänge, welche bezüglich der Antriebswelle schaltbar sind, ebenso als Vorwärtsgänge bezüglich der weiteren Antriebswelle genutzt werden. Dies ist in technisch einfacher Weise dadurch möglich, dass dazu die Antriebswelle beispielsweise mittels einer Trennkupplung triebmäßig abgekoppelt wird. Ein an der weiteren Antriebswelle angekoppelter oder ankoppelbarer Antrieb, wie beispielsweise eine Elektromaschine, ist dann in den Gangstufen zu betreiben, welche bezüglich der Antriebswelle als Vorwärtsgänge schon genutzt wurden.
Sofern eine Trennkupplung vorgesehen ist, kann die Trennkupplung als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgeführt sein. Auch kann die Trennkupplung als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein.
Es bietet sich an, dass die Vorwärtsgänge, welche bezüglich der weiteren Antriebswelle nutzbar sind, auch als Rückwärtsgänge bezüglich der weiteren Antriebswelle nutzbar sind, indem die Rückwärtsbewegung der Abtriebswelle durch ein Rückwärtsdrehen der weiteren Antriebswelle bewirkt wird. Dadurch lässt sich ein Rückwärtsfahren eines Kraftfahrzeuges realisieren, ohne dass dazu die Antriebsbewegung der Verbrennungskraftmaschine genutzt wird. Das Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeuges erfolgt vielmehr ausschließlich mittels der Elektromaschine. Um die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges zu erreichen, wird die Elektromaschine dann lediglich rückwärtsdrehend betrieben. Die Fahrtrichtungsumkehr wird somit durch die Drehrichtungsumkehr des Rotors der Elektromaschine bewirkt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Planetenradsätze als Minusgetriebe, insbesondere jeweils als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz, ausgebildet sind. Es kann dann vorgesehen sein, dass das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein wenigstens ein Planetenrad aufweisender Planetenträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied ein Hohlrad ist.
Eine wiederum weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zumindest einer der Planetenradsätze als Plusgetriebe bzw. Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Dadurch ist gegenüber der Ausbildung als Minus-Getriebe der Betrag der Standübersetzung um eins erhöht. Technisch gesehen, kann bei dem Mehrstufengetriebe der zweite Planetenradsatz oder der dritte Planetenradsatz als Plusgetriebe ausgebildet sein. Beispielsweise ist dann der Plus-Planetenradsatz realisiert, indem das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein Hohlrad und das 3. Getriebeglied ein wenigstens ein Planetenrad aufweisender Planetenträger, insbesondere Steg, ist. Die verbleibenden Planetenradsätze sind dann als Minusgetriebe ausgebildet, bei denen das 1. Getriebeglied ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied ein wenigstens ein Planetenrad aufweisender Planetenträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied ein Hohlrad ist.
Um eine für einen Front-Quer-Einbau oder einen Heck-Quer-Einbau in ein Fahrzeug geeignete Anordnung zu erreichen, können die Antriebswelle bzw. die erste Welle und die Abtriebswelle bzw. die dritte Welle quer zueinander angeordnet sein. Es bietet sich dazu an, dass von der zweiten Welle, der vierten Welle, der fünften Welle und der sechsten Welle wenigstens eine Welle koaxial bezüglich der Antriebswelle angeordnet ist. Dadurch ist ein kompakter Aufbau realisiert.
Eine solche Queranordnung von Antriebswelle und Abtriebswelle ist in technisch einfacher Weise zu realisieren, wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle und ausgehend von der Antriebswelle gesehen, die Planetenradsätze in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz, vierter Planetenradsatz angeordnet sind.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die weitere Antriebswelle an einer Elektromaschine angebunden ist bzw. mit einer Elektromaschine triebverbunden ist, beispielsweise mit einem Rotor der Elektromaschine drehfest verbunden ist. Dadurch liegt das Mehrstufengetriebe zusammen mit der Elektromaschine als Baueinheit vor, welche beispielsweise werksseitig vorinstalliert sein kann. Es ergeben sich dadurch Montagevorteile, da beispielsweise im Falle einer Endmontage eines Kraftfahrzeuges bereits die vorinstallierte Baueinheit von Mehrstufengetriebe und Elektromaschine eingebaut werden kann.
Die Elektromaschine kann außen am Getriebe bzw. Getriebegehäuse montiert sein. Auch ist es möglich, die Elektromaschine innerhalb des Getriebes bzw. Getriebegehäuses anzuordnen, so dass lediglich die Antriebswelle und die Abtriebswelle aus dem Getriebegehäuse herausragende Getriebekomponenten sind.
Durch die Erfindung ist ein lastschaltbares Mehrstufengetriebe mit einem einfachen Systemaufbau vorgeschlagen, welches relativ kostengünstig realisiert werden kann. Das Mehrstufengetriebe weist eine feste Vorübersetzung bezüglich seiner weiteren Antriebswelle auf, welche beispielsweise mit einer Elektromaschine koppelbar ist. Dafür ist auf einen Planetenradsatz zurückgegriffen, welcher auch bei der Entstehung der Gangstufen mitwirkt, so dass ein separater Planetenradsatz eingespart ist.
Der einfache Aufbau ist auch dadurch begünstigt, dass nur drei Planetenradsätze vorgesehen sind und trotz der vielen Schaltvarianten lediglich fünf Schaltelemente und ein als Trennkupplung wirkendes Schaltelement realisiert sein können. Insgesamt ergeben sich durch die Erfindung geringe Bauteilbelastungen, geringe Getriebeverluste, ein guter Verzahnungswirkungsgrad und eine gute Übersetzungsreihe.
Durch die Erfindung kann das Mehrstufengetriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisiert werden, welche bei treibender Antriebswelle zur Verfügung stehen. Darüber hinaus kann das Mehrstufengetriebe auch über die weitere Antriebswelle angetrieben werden, wobei in diesem Fall ebenfalls die acht Vorwärtsgänge zur Verfügung stehen.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 eine mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes in Planetenbauweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges mit drei Minus-Planetenradsätzen und einer möglichen Verschaltungsanordnung seiner Schaltelemente in schematischer Darstellung,
2 eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mittels des Mehrstufengetriebes gemäß der 1 schaltbar sind, und der dazu zu betätigenden Schaltelemente,
3 eine Abwandlung des Mehrstufengetriebes gemäß der 1, bei dem der dritte Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, in einer schematischen Darstellung,
4 eine weitere mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes in Planetenbauweise für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges mit drei Minus-Planetenradsätzen in schematischer Darstellung,
5 eine Abwandlung des Mehrstufengetriebes gemäß der 4, bei der der dritte Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, in schematischer Darstellung und
6 eine weitere Abwandlung des Mehrstufengetriebes gemäß der 4, bei der der zweite Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist, in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes 100, welches beispielsweise für den Einsatz in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges geeignet ist. Das Mehrstufengetriebe 100 hat eine Antriebswelle 1 als erste Welle, eine weitere Antriebswelle 2 als zweite Welle und eine Abtriebswelle 3 als dritte Welle. Die Antriebswelle 1 kann mit einer (in der 1 nicht dargestellten) ersten Antriebsmaschine, wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, triebverbunden sein oder triebverbindbar sein, beispielsweise mit einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine drehfest verbunden werden oder drehfest verbunden sein. Die weitere Antriebswelle 2 kann mit einer zweiten Antriebsmaschine, wie beispielsweise einer Elektromaschine, triebverbunden sein oder triebverbindbar sein. In der 1 ist das Mehrstufengetriebe 100 beispielhaft mit einem Rotor einer Elektromaschine EM an der weiteren Antriebswelle 2 angebunden, insbesondere damit drehfest verbunden.
Das Mehrstufengetriebe 100 ist in Planetenbauweise mit drei Planetenradsätzen aufgebaut und weist einen ersten Planetenradsatz RS1, einen zweiten Planetenradsatz RS2 und einen dritten Planetenradsatz RS3 auf, welche beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein können. Jeder Planetenradsatz RS1 bzw. RS2 bzw. RS3 hat ein 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3.1, ein 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 bzw. 3.2 und ein 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 bzw. 3.3.
Das Mehrstufengetriebe 100 weist ferner ein erstes Schaltelement 10, ein zweites Schaltelement 20, ein drittes Schaltelement 30, ein viertes Schaltelement 40 und ein fünftes Schaltelement 50 auf, deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 3 und/oder zwischen der weiteren Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 3 bewirkt. Die Schaltelemente 10, 20, 30, 40 und 50 sowie die Planetenradsätze RS1, RS2 und RS3 sind zueinander wie folgt angeordnet:
Bezüglich des ersten Planetenradsatzes RS1 ist das 1. Getriebeglied 1.1 mit einer vierten Welle 4, das 2. Getriebeglied 1.2 mit einer fünften Welle 5 und das 3. Getriebeglied 1.3 mit der Abtriebswelle 3 drehfest verbunden. Bezüglich des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist das 1. Getriebeglied 2.1 mit der weiteren Antriebswelle 2, das 2. Getriebeglied 2.2 mit einer sechsten Welle 6 und das 3. Getriebeglied 2.3 mit der vierten Welle 4 drehfest verbunden.
Bezüglich des dritten Planetenradsatzes RS3 ist das 1. Getriebeglied 3.1 mit dem gehäusefesten Bauteil G oder einem gehäusefesten Bauteil drehfest verbunden, das 2. Getriebeglied 3.2 mit der Antriebswelle 1 und das 3. Getriebeglied 3.3 mit der weiteren Antriebswelle 2 drehfest verbunden. Durch die Verschaltung der Antriebswelle 1 und der weiteren Antriebswelle 2 an dem dritten Planetenradsatz RS3 liegen die Antriebswelle 1 und die weitere Antriebswelle 2 zueinander in einer festen Übersetzung vor, welche unabhängig vom Schaltzustand der Schaltelemente 10, 20, 30, 40 und 50 ist.
Die Antriebswelle 1 ist über das dritte Schaltelement 30 mit der sechsten Welle 6, die weitere Antriebswelle 2 über das vierte Schaltelement 40 mit der fünften Welle 5, die sechste Welle 6 über das fünfte Schaltelement 50 mit der fünften Welle 5, die vierte Welle 4 über das erste Schaltelement 10 mit dem gehäusefesten Bauteil G oder einem gehäusefesten Bauteil, die fünfte Welle 5 über das zweite Schaltelement 20 mit dem gehäusefesten Bauteil G oder einem gehäusefesten Bauteil wirkverbindbar, insbesondere drehfest verbindbar.
Das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 20 sind damit gegenüber dem gehäusefesten Bauteil G verblockbar, so dass das erste Schaltelement 10 und das zweite Schaltelement 20 jeweils als Bremse wirken. Das erste Schaltelement 10 kann als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein. Auch kann das erste Schaltelement 10 als Bandbremse ausgeführt sein. In gleicher Weise kann das zweite Schaltelement 20 als formschlüssiges Schaltelement 20 oder Bandbremse ausgeführt sein. Das dritte Schaltelement 30, das vierte Schaltelement 40 und das fünfte Schaltelement 50 wirken gegenüber drehbaren Bauteilen und dienen insofern als Kupplung.
Bevorzugt weist die Antriebswelle 1 eine Trennkupplung 00 auf, durch welche eine an der Antriebswelle 1 angebundene Antriebsmaschine, wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, vom Antriebsstrang triebmäßig abgekoppelt werden kann. Die Trennkupplung 00 kann als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgeführt sein. Auch kann die Trennkupplung 00 als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt sein.
In der Ausführungsform des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind der erste Planetenradsatz RS1, der zweite Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 jeweils als Minusgetriebe ausgebildet. Dazu ist jeweils das 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 bzw. 3.2 durch ein wenigstens ein Planetenrad aufweisenden Planetenträger, insbesondere Steg, und das 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 bzw. 3.3 durch ein Hohlrad gebildet.
Ferner ist das Mehrstufengetriebe 100 für einen Front-Quer-Einbau oder Heck-Quer-Einbau in ein Kraftfahrzeug geeignet. Hierzu liegen die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 3 quer zueinander. Bevorzugt sind dazu die vierte Welle 4, die fünfte Welle 5 und die sechste Welle 6 koaxial bezüglich der Antriebswelle 1 angeordnet sind. Bevorzugt ist die Anordnung der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 zueinander in der Weise, dass in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle 1 und ausgehend von der Antriebswelle 1 gesehen, der erste Planetenradsatz RS1, der zweiten Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 hintereinander liegen.
2 zeigt eine tabellarische Übersicht über mögliche Gänge, welche mit dem Mehrstufengetriebe 100 schaltbar sind, und der dazu auszuführenden Schaltkombinationen bezüglich des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50. Danach können bezüglich der Antriebswelle 1 sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert sein, welche wahlweise schaltbar sind. Die Gänge bzw. Gangstufen sind in der ersten Spalte der Übersicht angegeben, deren Spaltenkopf das Bezugszeichen 80 zugeordnet ist. Die Vorwärtsgänge sind mit „1”, „2”, „3”, „4”, „5”, „6” und der Rückwärtsgang mit „R” gekennzeichnet.
In sich daran anschließenden Spalten ist die zu jedem Gang gehörige Stellung des ersten Schaltelementes 10, des zweiten Schaltelementes 20, des dritten Schaltelementes 30, des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 angegeben, wobei jedem Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 eine separate Spalte zugeordnet und das jeweilige Bezugszeichen des Schaltelementes im Spaltenkopf angegeben ist. Durch Kreuze ist angegeben, dass das jeweils zugehörige Schaltelement 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 40 bzw. 50 in einer geschlossenen Schalterstellung vorliegt. Insofern betreffen die Angaben in der 2 die geschlossene Schalterstellung, welcher im Spaltenkopf das Bezugszeichen 85 zugeordnet ist.
Der 1. Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 2. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 3. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 4. Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelementes 40 und des fünften Schaltelementes 50 geschaltet. Der 5. Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelementes 30 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der 6. Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelementes 10 und des vierten Schaltelementes 40 geschaltet. Der Rückwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelementes 20 und des dritten Schaltelementes 30 geschaltet.
Diese Gangstufen für die sechs Vorwärtsgänge sind schaltbar, wenn die Antriebswelle 1 treibend ist. Die Gangstufen sind auch für die weitere Antriebswelle 2 nutzbar. In diesem Fall wird durch Schalten der Trennkupplung 00 die Antriebswelle 1 vom Antriebsstrang triebmäßig abgekoppelt. Der Kraftfluss in der jeweiligen Gangstufe geht dann von der weiteren Antriebswelle 2 aus und wird somit durch die Elektromaschine EM bewirkt. Es stehen damit für einen Betrieb mit der Elektromaschine EM die sechs Vorwärtsgänge in gleicher Weise zur Verfügung. Die Gangstufen sind auch als Rückwärtsgang im Betrieb mit der Elektromaschine EM nutzbar, wobei dann die Rückwärtsbewegung der Abtriebswelle 3 durch ein Rückwärtsdrehen der weiteren Antriebswelle 2 bzw. der Elektromaschine EM bewirkt ist.
3 zeigt ein von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 leicht abgewandeltes Mehrstufengetriebe 100'. Bauteile des Mehrstufengetriebes 100' gemäß der 3, welche identisch oder funktionsgleich mit Bauteilen des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insofern wird auf die Beschreibung zu dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 verwiesen.
Das Mehrstufengetriebe 100' gemäß der 3 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 unter anderem dadurch, dass der dritte Planetenradsatz RS3 als Plusgetriebe bzw. Plusplanetenradsatz ausgebildet ist. Dies ist dadurch erreicht, dass bei dem dritten Planetenradsatz RS3 das 1. Getriebeglied 3.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 3.2 durch ein Hohlrad und das 3. Getriebeglied 3.3 durch wenigstens einen ein Planetenrad aufweisenden Planetenträger gebildet ist.
4 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines lastschaltbaren Mehrstufengetriebes 200 für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges in schematischer Darstellung. Bauteile des Mehrstufengetriebes 200 gemäß der 4, welche identisch oder funktionsgleich mit Bauteilen des Mehrstufengetriebes 100 gemäß der 1 sind, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen; insofern wird auf die Beschreibung zu dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 verwiesen.
Das Mehrstufengetriebe 200 unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 100 gemäß der 1 unter anderem dadurch, dass anstelle des dritten Schaltelementes 30 nunmehr ein drittes Schaltelement 30' vorgesehen ist, durch welches die Antriebswelle 1 mit der vierten Welle 4 wirkverbindbar ist. Bei dieser Anbindungsvariante stehen die Gänge gemäß der 2 in gleicher Weise zur Verfügung, wobei anstelle des Schaltelementes 30 dann das Schaltelement 30' geschaltet ist.
Bei dem Mehrstufengetriebe 200 ist die erste Planetenradstufe RS1, die zweite Planetenradstufe RS2 und die dritte Planetenradstufe RS3 jeweils als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradstufe ausgebildet. Dazu ist jeweils das 1. Getriebeglied 1.1 bzw. 2.1 bzw. 3.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 1.2 bzw. 2.2 bzw. 3.2 durch ein wenigstens ein Planetenrad aufweisenden Planetenträger und das 3. Getriebeglied 1.3 bzw. 2.3 bzw. 3.3 durch ein Hohlrad gebildet.
5 zeigt ein davon abgewandeltes Mehrstufengetriebe 200'. Das Mehrstufengetriebe 200' unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 200 gemäß der 4 unter anderem dadurch, dass der dritte Planetenradsatz RS3 als Plusgetriebe bzw. Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 sind nach wie vor als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz ausgebildet.
6 zeigt ein gegenüber dem Mehrstufengetriebe 200 ebenfalls abgewandeltes Mehrstufengetriebe 200'. Das Mehrstufengetriebe 200' unterscheidet sich von dem Mehrstufengetriebe 200 gemäß der 4 unter anderem dadurch, dass der zweite Planetenradsatz RS2 als Plusgetriebe bzw. Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Der erste Planetenradsatz RS1 und der dritte Planetenradsatz RS3 sind dort nach wie vor als Minusgetriebe bzw. Minus-Planetenradsatz ausgebildet.
Bei dem dritten Planetenradsatz RS3 gemäß der 5 und bei dem zweiten Planetenradsatz RS2 gemäß der 6 sind zur Ausbildung als Plusgetriebe jeweils das 1. Getriebeglied 3.1 bzw. 2.1 durch ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied 3.2 bzw. 2.2 durch ein Hohlrad und das 3. Getriebeglied 3.3 bzw. 2.3 durch wenigstens einen ein Planetenrad aufweisenden Planetenträger gebildet.
Sowohl das Mehrstufengetriebe 200 gemäß der 4 als auch das abgewandelte Mehrstufengetriebe 200' gemäß der 5 und das abgewandelte Mehrstufengetriebe 200'' gemäß der 6 können nach der Schaltmatrix gemäß der 2 betrieben werden. Die Schaltzustände bezüglich des Schaltelementes 30, wie sie beispielsweise aus der 2 ersichtlich sind, sind in gleicher Weise als Schaltzustände bezüglich des Schaltelementes 30' nutzbar.
Sämtliche Mehrstufengetriebe 100, 100', 200, 200' und 200'' haben drei Planetenradsätze, fünf Schaltelemente, von denen zum Schalten eines Ganges zwei Schaltelemente gleichzeitig zu schalten sind, eine Trennkupplung, eine feste Gehäusekopplung, sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bezüglich der Antriebswelle sowie sechs Vorwärtsgänge und sechs Rückwärtsgänge bezüglich der weiteren Antriebswelle bzw. der Elektromaschine.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle (erste Welle)
2: weitere Antriebswelle (zweite Welle)
3: Abtriebswelle (dritte Welle)
4: vierte Welle
5: fünfte Welle
6: sechste Welle
RS1: erster Planetenradsatz
RS2: zweiter Planetenradsatz
RS3: dritter Planetenradsatz
1.1: 1. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
1.2: 2. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
1.3: 3. Getriebeglied des ersten Planetenradsatzes
2.1: 1. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
2.2: 2. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
2.3: 3. Getriebeglied des zweiten Planetenradsatzes
3.1: 1. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
3.2: 2. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
3.3: 3. Getriebeglied des dritten Planetenradsatzes
00: Trennkupplung
10: erstes Schaltelement
20: zweites Schaltelement
30: drittes Schaltelement
40: viertes Schaltelement
50: fünftes Schaltelement
G: gehäusefestes Bauteil
EM: Elektromaschine
80: Spaltenkopf (Gang)
85: Spaltenkopf (Schalterstellung geschlossen)
100: Mehrstufengetriebe
100': Mehrstufengetriebe
200: Mehrstufengetriebe
200': Mehrstufengetriebe
200'': Mehrstufengetriebe

Claims

Lastschaltbares Mehrstufengetriebe (100; 100'; 200; 200'; 200'') in Planetenbauweise, insbesondere für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einer Antriebswelle (1) als erste Welle, einer weiteren Antriebswelle (2) als zweite Welle und einer Abtriebswelle (3) als dritte Welle, mit wenigstens drei miteinander gekoppelten oder koppelbaren Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3), welche jeweils wenigstens ein 1. Getriebeglied (1.1, 2.1, 3.1), ein 2. Getriebeglied (1.2., 2.2, 3.2) und ein 3. Getriebeglied (1.3, 2.3, 3.3) aufweisen, und mit mehreren den Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3) zugeordneten Schaltelementen (10, 20, 30, 40, 50), deren selektives Schalten verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (3) und/oder zwischen der weiteren Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) bewirkt, wobei die weitere Antriebswelle (2) gegenüber der Antriebswelle (1) eine vom Schaltzustand der Schaltelemente (10, 20, 30, 40, 50) unabhängige Übersetzung aufweist und dazu der dritte Planetenradsatz (RS3) genutzt ist, dessen 1. Getriebeglied (3.1) mit einem gehäusefesten Bauteil (G) drehfest verbunden ist, dessen 2. Getriebeglied (3.2) mit der Antriebswelle (1) drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist und dessen 3. Getriebeglied (3.3) mit der weiteren Antriebswelle (2) drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist, und wobei bezüglich des ersten Planetenradsatzes (RS1) das 1. Getriebeglied (1.1) des mit einer vierten Welle (4), das 2. Getriebeglied (1.2) mit einer fünften Welle (5) und das 3. Getriebeglied (1.3) mit der Abtriebswelle (3) drehfest verbunden sind und bezüglich des zweiten Planetenradsatzes (RS2) das 1. Getriebeglied (2.1) mit der weiteren Antriebswelle (2) drehfest verbunden ist oder drehfest verbindbar ist, das 2. Getriebeglied (2.2) mit einer sechsten Welle (6) und das 3. Getriebeglied (2.3) mit der vierten Welle (4) drehfest verbunden sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Antriebswelle (2) gegenüber der Antriebswelle (1) derart übersetzt ist, dass die weitere Antriebswelle (2) im Vergleich zu der Antriebswelle (1) schneller dreht.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Welle (4) über ein erstes Schaltelement (10) mit dem gehäusefesten Bauteil (G) oder einem gehäusefesten Bauteil, die fünfte Welle (5) über ein zweites Schaltelement (20) mit dem gehäusefesten Bauteil (G) oder einem gehäusefesten Bauteil, die Antriebswelle (1) über ein drittes Schaltelement (30) mit der sechsten Welle (6) oder über ein drittes Schaltelement (30') mit der vierten Welle (4), die weitere Antriebswelle (2) über ein viertes Schaltelement (40) mit der fünften Welle (5) und die sechste Welle (6) über ein fünftes Schaltelement (50) mit der fünften Welle (5) wirkverbindbar sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Antriebswelle (1) wenigstens ein Rückwärtsgang schaltbar ist, wobei in dem Rückwärtsgang das zweite Schaltelement (20) und das dritte Schaltelement (30) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Antriebswelle (1) bis zu oder wenigstens sechs Vorwärtsgänge wahlweise schaltbar sind, wobei in einem 1. Vorwärtsgang das zweite Schaltelement (20) und das fünfte Schaltelement (50), in einem 2. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10) und das fünfte Schaltelement (50), in einem 3. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30) und das fünfte Schaltelement (50), in einem 4. Vorwärtsgang das vierte Schaltelement (40) und das fünfte Schaltelement (50), in einem 5. Vorwärtsgang das dritte Schaltelement (30; 30') und das vierte Schaltelement (40) und in einem 6. Vorwärtsgang das erste Schaltelement (10) und das vierte Schaltelement (40) geschlossen sind.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsgänge bezüglich der Antriebswelle (1) als Vorwärtsgänge bezüglich der weiteren Antriebswelle (2) nutzbar sind und dazu die Antriebswelle (1) beispielsweise mittels einer Trennkupplung (00) triebmäßig abzukoppeln ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsgänge auch als Rückwärtsgänge nutzbar sind, indem die Rückwärtsbewegung der Abtriebswelle (3) jeweils durch ein Rückwärtsdrehen der weiteren Antriebswelle (2) bewirkt ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) als Minusgetriebe ausgebildet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Getriebeglied (1.1, 2.1, 3.1) ein Sonnenrad, das 2. Getriebeglied (1.2, 2.2, 3.2) wenigstens ein Planetenrad aufweisender Planetenträger und das 3. Getriebeglied (1.3, 2.3, 3.3) ein Hohlrad ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) als Plusgetriebe ausgebildet ist.
Mehrstufengetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenradsatz (RS2) oder der dritte Planetenradsatz (RS3) als Plusgetriebe ausgebildet ist, dessen 1. Getriebeglied (2.1; 3.1) ein Sonnenrad, dessen 2. Getriebeglied (2.2; 3.2) ein Hohlrad und dessen 3. Getriebeglied (2.3; 3.3) ein wenigstens ein Planetenrad aufweisender Planetenträger ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) und die Abtriebswelle (3) quer zueinander liegen und von der zweiten Welle (2), der vierten Welle (4), der fünften Welle (5) und der sechsten Welle (6) wenigstens eine Welle koaxial bezüglich der Antriebswelle (1) angeordnet ist.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich der Antriebswelle (1) und ausgehend von der Antriebswelle (1) gesehen, die Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) in der Reihenfolge erster Planetenradsatz (RS1), zweiter Planetenradsatz (RS2), dritter Planetenradsatz (RS3) angeordnet sind.
Mehrstufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Antriebswelle (2) an einer Elektromaschine (EM) angebunden ist.