DE102015211038B4

DE102015211038B4 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Getriebe

Info

Publication number: DE102015211038B4
Application number: DE102015211038.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Martin Brehmer; Matthias Horn; Johannes Kaltenbach; Julian King; Bernd Knöpke; Jens Moraw; Eckehard Münch; Gerhard Niederbrucker; Juri Pawlakowitsch; Stephan Scharr; Viktor Warth; Michael Wechs; Peter Ziemer; Uwe Griesmeier; Raffael Kuberczyk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-06-17
Also published as: DE102015211038A1

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (B1, K1, K2, K3, K4) aufweist, – wobei die Antriebswelle (GW1) mit einem Steg (E21) des als Plus-Radsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatzes (P1) ständig verbunden ist, – wobei die Abtriebswelle (GW2) mit einem Steg (E22) des als Minus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei ein Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei ein Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit einem Steg (E23) des als Minus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei ein Sonnenrad (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig drehfest festgesetzt ist, – wobei der Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) drehfest festsetzbar ist, – wobei der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) mit dem Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, – wobei der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) mit dem Sonnenrad (E11) oder mit einem Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist, und – wobei ein Hohlrad (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) durch Schließen des vierten Schaltelements (K3) mit der Abtriebswelle (GW2) und durch Schließen des fünften Schaltelements (K4) mit dem Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, und einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Wellen des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Die Patentanmeldung EP 1 163 460 A1 der Anmelderin beschreibt ein solches Getriebe, welches drei Planetenradsätze und fünf Schaltelemente aufweist. Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind sechs Vorwärtsgänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle schaltbar.
Die Patentanmeldung EP 1 387 112 A2 beschreibt verschiedene Mehrstufengetriebe, welche dazu eingerichtet sind sechs Vorwärtsgänge zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle zu schalten, wobei drei Planetenradsätze und fünf Schaltelemente verwendet werden.
Die Veröffentlichung DE 11 2008 000 777 T5 beschreibt eine Hybridantriebseinheit mit zwei Planetengetriebeeinheiten, einem Eingangsbauteil, einem Ausgangsbauteil und einer elektrischen Drehmaschine. Die Hybridantriebseinheit ist dazu eingerichtet vier Gänge zu realisieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu den im Stand der Technik bekannten Getrieben bereitzustellen, welches dazu imstande ist zumindest sechs Vorwärtsgänge zu schalten.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das erfindungsgemäße Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, drei Planetenradsätze, sowie fünf Schaltelemente auf. Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Die Antriebswelle ist mit einem Steg des als Plus-Radsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die Abtriebswelle ist mit einem Steg des als Minus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist mit einem Steg des als Minus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ist ständig drehfest gesetzt, indem es mit einem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes ständig verbunden ist.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist der Steg des dritten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad oder mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbindbar. Durch Schließen des fünfen Schaltelements ist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbindbar.
Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente weist eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.
Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind zumindest sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes angeordnet. Die drei Planetenradsätze sind dabei axial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle der Antriebswelle aufweist. Die drei Planetenradsätze können dabei in folgenden axialen Reihenfolgen angeordnet sein: erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz; oder erster Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander und am selben axialen Ende des Getriebes angeordnet. Die drei Planetenradsätze sind dabei axial hintereinander angeordnet, wobei der dritte Planetenradsatz den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle der Antriebswelle aufweist. Die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle weist eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Hauptachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann beispielsweise das Achsdifferential eines Antriebsstrangs angeordnet sein. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
Gemäß einer dritten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet. Die drei Planetenradsätze sind dabei axial hintereinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle der Antriebswelle aufweist. Die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle ist axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet. Die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle weist eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Hauptachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann beispielsweise das Achsdifferential eines Antriebsstrangs angeordnet sein. Eine solche Anordnung eignet sich ebenso zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
Vorzugsweise weist das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor ständig mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Neben den für einen Hybridbetrieb eines Kraftfahrzeugs typischen Funktionen wie Boosten, Rekuperation oder elektrischem Antrieb ist durch diese spezifische Anbindung des Rotors die Darstellung verschiedener Zusatzfunktionen möglich, beispielsweise eine Lastschalt-Unterstützung oder ein stufenloser Betrieb des Getriebes. Zudem weist das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes bei Drehzahl der Antriebswelle und einem eingelegtem Vorwärtsgang stets eine Drehzahl auf, welche zumindest so hoch wie die Drehzahl der Antriebswelle ist. Die elektrische Maschine kann daher in jedem Vorwärtsgang Leistung in den Antriebsstrang einbringen, bzw. vom Antriebsstrang aufnehmen.
Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind zumindest fünf Gänge zwischen dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Gang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der zweite Gang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Gang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der vierte Gang wird durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements gebildet. Der fünfte Gang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug stehen somit fünf Gänge zur Verfügung, in denen die elektrische Maschine das Kraftfahrzeug antreiben kann. Durch die Drehmoment-Abgabecharakteristik der elektrischen Maschine ist eine solche hohe Gangzahl in der Regel nicht erforderlich, sodass auch nur eine Auswahl dieser Gänge genutzt werden kann. Durch die zur Verfügung stehende hohe Gangzahl kann die elektrische Maschine aber in einem Betriebspunkt mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden. Dies verbessert die Energieeffizienz des Getriebes. Wird die elektrische Maschine so betrieben, dass sich der Rotor entgegengesetzt zu einer Vorzugsdrehrichtung dreht, so kann jeder der Gänge auch als Rückwärtsgang dienen. Ein separater, mechanischer Rückwärtsgang kann somit entfallen.
In einem ersten Überlagerungs-Betriebsmodus ist das erste Schaltelement geschlossen, und alle weiteren an der Gangbildung beteiligten Schaltelemente sind geöffnet. Dadurch kann die Abtriebsdrehzahl bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle und Variation der Rotordrehzahl stufenlos verändert werden. Wird die elektrische Maschine so betrieben, dass sich der Rotor entgegengesetzt zu einer Vorzugsdrehrichtung dreht, so wird durch den ersten Überlagerungs-Betriebsmodus auch ein Rückwärts-Anfahren des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
In einem zweiten Überlagerungs-Betriebsmodus ist das zweite Schaltelement geschlossen, und alle weiteren an der Gangbildung beteiligten Schaltelemente sind geöffnet. Auch im zweiten Überlagerungs-Betriebsmodus kann die Abtriebsdrehzahl bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle und Variation der Rotordrehzahl stufenlos verändert werden, wobei der zweite Überlagerungs-Betriebsmodus vorwiegend zur Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs geeignet ist.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf, wobei durch Schließen des sechsten Schaltelements das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar ist. Das sechste Schaltelement ermöglicht die Ausbildung zumindest eines mechanischen Rückwärtsgangs zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Somit steht auch dann ein Rückwärtsgang zur Verfügung, wenn die Funktionalität der elektrischen Maschine nicht zur Verfügung steht. Dies verbessert die Betriebsbereitschaft des Getriebes.
Ein erster Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements und des fünften Schaltelements. Ein zweiter Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements und des vierten Schaltelements. Ein dritter Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des sechsten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Vorzugsweise ist bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug nur ein einziger Rückwärtsgang vorgesehen, welcher von den oben beschriebenen drei Rückwärtsgängen auszuwählen ist. Dabei ist insbesondere der dritte Rückwärtsgang vorteilhaft, da im dritten Rückwärtsgang ebenso wie im ersten Vorwärtsgang das erste Schaltelement geschlossen ist. Dies vereinfacht einen Umschaltvorgang zwischen dritten Rückwärtsgang und erstem Vorwärtsgang.
Vorzugsweise ist das erste und/oder das dritte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Beispielsweise kann das erste und/oder das dritte Schaltelement als Klauen-Schaltelement ausgeführt sein, welches auch ohne eine Synchronisiereinrichtung ausgebildet sein kann. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes weiter verbessert, besonders da das erste Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang, bzw. Gang sowie gegebenenfalls im ersten Überlagerung-Betriebsmodus geschlossen ist. Das erste Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes überwiegend geöffnet.
Vorzugsweise weist das Getriebe eine Anschlusswelle auf, welche über eine Trennkupplung mit der äußeren Schnittstelle der Antriebswelle verbindbar ist. Die Trennkupplung kann als kraftschlüssiges oder als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Durch Vorsehen der Trennkupplung kann eine mit der Anschlusswelle verbundene Antriebseinheit von der Antriebswelle des Getriebes entkoppelt werden. Wird das Kraftfahrzeug durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben, so muss die Antriebseinheit bei geöffneter Trennkupplung dabei nicht mitgeschleppt werden.
Das Getriebe kann eine zweite elektrische Maschine aufweisen, dessen Rotor mit der Anschlusswelle ständig verbunden ist. Dadurch kann die Funktionalität des Getriebes weiter gesteigert werden, beispielsweise um einen Start eines mit der Anschlusswelle verbundenen Antriebseinheit zu ermöglichen während die Trennkupplung geöffnet ist.
Durch Schließen des dritten Schaltelements sowie gegebenenfalls der Trennkupplung und Offenhalten der übrigen Schaltelemente wird eine Wirkverbindung zwischen der Anschlusswelle und der elektrischen Maschine hergestellt, ohne auf die Abtriebswelle rückzuwirken. Dadurch wird bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeugantriebsstrang ein Standladebetriebsmodus bereitgestellt, bei dem die mit der Anschlusswelle des Getriebes verbundene Antriebseinheit durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine einen Energiespeicher im Stillstand des Kraftfahrzeugs aufladen kann. Vorzugsweise ist dabei eine Parksperre des Getriebes zu schließen.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Anschlusswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welcher mit Rädern des Hybridfahrzeugs verbunden ist. Der Antriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Hybridfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Hybridfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Hybridfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Hybridfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.
6 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
7 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
8 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
9 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
10 zeigt einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und einen dritten Planetenradsatz P3 auf. Der erste Planetenradsatz P1 ist als ein Plus-Radsatz ausgebildet. Der zweite Planetenradsatz P2 und der dritte Planetenradsatz P3 sind als Minus-Radsatz ausgebildet. Die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind entlang einer Hauptachse des Getriebes G axial hintereinander angeordnet. Eine Antriebswelle GW1 ist mit einem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 ist mit einem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einem Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Ein Sonnenrad E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ist ständig drehfest festgesetzt, indem es mit einem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist. Das Getriebe G weist ferner zumindest fünf Schaltelemente auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements B1 ist der Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar. Das erste Schaltelement B1 wirkt somit als Bremse. Durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 ist der Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 ist das Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Somit wird durch Schließen des dritten Schaltelements K2 der erste Planetenradsatz P1 verblockt. Durch Schließen des vierten Schaltelements K3 ist das Hohlrad E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Abtriebswelle GW2 verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements K4 ist das Hohlrad E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Äußere Schnittstellen GW1-A, GW2-A der Antriebswelle GW1, beziehungsweise der Abtriebswelle GW2 sind an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G angeordnet.
Das Getriebe G kann optional eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R aufweisen. Der Rotor R ist dabei mit einem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden.
Das Getriebe G kann optional ein sechstes Schaltelement B2 aufweisen. Durch Schließen des sechsten Schaltelements B2 ist das Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar. Weist das Getriebe G das sechste Schaltelement B2 auf, so kann das Getriebe G zumindest einen mechanischen Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 bereitstellen. Das Getriebe G kann ferner eine Anschlusswelle AN aufweisen, welche über eine Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist.
2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird im Getriebe G entsprechend des zweiten Ausführungsbeispiels durch Schließen des dritten Schaltelements K2 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen befindet sich der dritte Planetenradsatz P3 nun axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird im dritten Ausführungsbeispiel eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des dritten Schaltelements K2 wurde im Vergleich zum dritten Ausführungsbeispiel geändert. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem Steg E21 und dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen sind die äußeren Schnittstellen GW1-A, GW2-A der Antriebswelle GW1, beziehungsweise der Abtriebswelle GW2 am selben axialen Ende des Getriebes G angeordnet. Die äußere Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 weist eine nicht dargestellte Verzahnung auf. Über diese Verzahnung kann Leistung der Abtriebswelle GW2 auf eine achsparallel zur Hauptachse des Getriebes G angeordnete Welle übertragen werden. Die Reihenfolge der axialen Anordnung der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 ist im Vergleich zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen verändert. Ausgehend von jenem axialen Ende des Getriebes G, dem die äußeren Schnittstellen GW1-A, GW2-A zugeordnet sind, sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in folgender Reihenfolge angeordnet: dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1. Die Antriebswelle GW1 durchgreift dabei sämtliche Planetenradsätze P1, P2, P3. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad E11 und dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem fünften Ausführungsbeispiel. Lediglich die Anordnung des dritten Schaltelements K2 wurde verändert. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird nun eine drehfeste Verbindung zwischen dem Steg E21 und dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung, in dem die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in folgender axialer Reihenfolge angeordnet sind: Erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3. Die äußere Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ist dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad E11 und dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum siebten Ausführungsbeispiel wurde darin lediglich die Anordnung des dritten Schaltelements K2 verändert. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 wird nun eine drehfeste Verbindung zwischen dem Steg E21 und dem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt.
Die Schaltelemente B1, K1, K2, K3, K4, B2 sind in 1 bis 8 schematisch als kraftschlüssige Lamellenschaltelemente dargestellt. Dies gilt auch für die Trennkupplung K0. Diese Darstellung ist lediglich beispielhaft anzusehen. Eine Auswahl der Schaltelemente B1, K1, K2, K3, K4, B2 kann auch als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere für das erste Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement K2, welche sich besonders zur Ausbildung als formschlüssige Schaltelemente eignen.
Die elektrische Maschine EM, das sechste Schaltelement B2, die Anschlusswelle AN sowie die Trennkupplung K0 sind in jedem der Ausführungsbeispiele als optional anzusehen. Beispielsweise könnte das Getriebe G ohne diese Komponenten auch als herkömmliches Stufenautomatgetriebe ausgebildet sein, wobei die Antriebswelle GW1 mit der Abtriebsseite eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers zu verbinden wäre.
9 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G, welches für sämtliche Ausführungsbeispiele gilt. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge V1 bis V6, fünf elektrische Gänge E1 bis E5, drei Rückwärtsgänge R1 bis R3, ein erster Überlagerungs-Betriebsmodus EDA-R sowie ein zweiter Überlagerungs-Betriebsmodus EDA-V angeführt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3, K4 in welchem Gang beziehungsweise Betriebsmodus geschlossen sind. Weist das Getriebe G das sechste Schaltelement B2 nicht auf, so können die Rückwärtsgänge R1 bis R3 nicht gebildet werden. In gleicher Weise ist zur Bildung der elektrischen Gänge E1 bis E5 sowie der Überlagerungs-Betriebsmodi EDA-R, EDA-V die elektrische Maschine EM erforderlich.
Das in 9 dargestellte Schaltschema gibt lediglich einen Überblick über die möglichen Gänge und Betriebsmodi des Getriebes G. Bei Betrieb des Getriebes G werden üblicherweise nicht sämtliche dargestellten Gänge, beziehungsweise Betriebsmodi verwendet. Beispielsweise ist es möglich, dass von den drei Rückwärtsgängen R1, R2, R3 lediglich der dritte Rückwärtsgang R3 verwendet wird.
10 zeigt einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit einem Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der angeführten Ausführungsbeispiele oder Ausführungsformen des Getriebes G ausgeführt sein. Der Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden ist. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird die Leistung, die an der Abtriebswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt.
Bezugszeichen

G

Getriebe

GG

Gehäuse

GW1

Antriebswelle

GW2

Abtriebswelle

GW1-A

Äußere Schnittstelle der Antriebswelle

GW2-A

Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle

P1

Erster Planetenradsatz

E11

Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes

E21

Steg des ersten Planetenradsatzes

E31

Hohlrad des ersten Planetenradsatzes

P2

Zweiter Planetenradsatz

E12

Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes

E22

Steg des zweiten Planetenradsatzes

E32

Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes

P3

Dritter Planetenradsatz

E13

Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes

E23

Steg des dritten Planetenradsatzes

E33

Hohlrad des dritten Planetenradsatzes

B1

Erstes Schaltelement

K1

Zweites Schaltelement

K2

Drittes Schaltelement

K3

Viertes Schaltelement

K4

Fünftes Schaltelement

B2

Sechstes Schaltelement

EM

Elektrische Maschine

R

Rotor der elektrischen Maschine

S

Stator der elektrischen Maschine

AN

Anschlusswelle

K0

Trennkupplung

V1–V6

Erster bis sechster Vorwärtsgang

E1–E5

Erster bis fünfter Gang

R1–R3

Erster bis dritter Rückwärtsgang

EDA-R

Erster Überlagerungs-Betriebsmodus

EDA-V

Zweiter Überlagerungs-Betriebsmodus

VKM

Verbrennungskraftmaschine

DW

Räder

AG

Achsgetriebe

TS

Torsionsschwingungsdämpfer

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (B1, K1, K2, K3, K4) aufweist, – wobei die Antriebswelle (GW1) mit einem Steg (E21) des als Plus-Radsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatzes (P1) ständig verbunden ist, – wobei die Abtriebswelle (GW2) mit einem Steg (E22) des als Minus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei ein Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei ein Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit einem Steg (E23) des als Minus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei ein Sonnenrad (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig drehfest festgesetzt ist, – wobei der Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) drehfest festsetzbar ist, – wobei der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) mit dem Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist, – wobei der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) mit dem Sonnenrad (E11) oder mit einem Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist, und – wobei ein Hohlrad (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) durch Schließen des vierten Schaltelements (K3) mit der Abtriebswelle (GW2) und durch Schließen des fünften Schaltelements (K4) mit dem Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (B1, K1, K2, K3, K4) sechs Vorwärtsgänge (V1–V6) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Antriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich – der erste Vorwärtsgang (V1) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) und des dritten Schaltelements (K2), – der zweite Vorwärtsgang (V2) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des vierten Schaltelements (K3), – der dritte Vorwärtsgang (V3) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (K4), – der vierte Vorwärtsgang (V4) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des zweiten Schaltelements (K1), – der fünfte Vorwärtsgang (V5) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) und des fünften Schaltelements (K4), und – der sechste Vorwärtsgang (V6) sich durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) und des vierten Schaltelements (K3) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der erste Planetenradsatz (P1) den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist, wobei die drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) axial hintereinander in folgender Reihenfolge angeordnet sind: – erster Planetenradsatz (P1), zweiter Planetenradsatz (P2), dritter Planetenradsatz (P3), oder – erster Planetenradsatz (P1), dritter Planetenradsatz (P3), zweiter Planetenradsatz (P2).
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander und am selben axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der dritte Planetenradsatz (P3) den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist, und wobei die äußere Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW2) eine Verzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung einer zur Hauptachse des Getriebes (G) achsparallel angeordneten Welle kämmt.
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der erste Planetenradsatz (P1) den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist, wobei die äußere Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW2) axial zwischen dem ersten Planetenradsatz (P1) und dem zweiten Planetenradsatz (P2) angeordnet ist, und wobei die äußere Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW2) eine Verzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung einer zur Hauptachse des Getriebes (G) achsparallel angeordneten Welle kämmt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehbaren Rotor (R) und einem drehfesten Stator (S) aufweist, wobei der Rotor (R) mit dem Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (B1, K1, K2, K3, K4) fünf Gänge (E1–E5) zwischen dem Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich – der erste Gang (E1) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) und des dritten Schaltelements (K2), – der zweite Gang (E2) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des vierten Schaltelements (K3), – der dritte Gang (E3) durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (K4), – der vierte Gang (E4) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) und des fünften Schaltelements (K4), und – der fünfte Gang (E5) sich durch Schließen des dritten Schaltelements (K2) und des zweiten Schaltelements (K1) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Überlagerungs-Betriebsmodus (EDA-R) durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) und Offenhalten der übrigen Schaltelemente (K1, K2, K3, K4) ergibt, wobei die an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehzahl bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle (GW1) durch Variation der Drehzahl des Rotors (R) stufenlos veränderbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter Überlagerungs-Betriebsmodus (EDA-V) durch Schließen des zweiten Schaltelements (K1) und Offenhalten der übrigen Schaltelemente (B1, K2, K3, K4) ergibt, wobei die an der Abtriebswelle (GW2) anliegende Drehzahl bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle (GW1) durch Variation der Drehzahl des Rotors (R) stufenlos veränderbar ist.
Getriebe (G) nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) durch Schließen eines sechsten Schaltelements (B2) drehfest festsetzbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich – ein erster Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (B2) und des fünften Schaltelements (K4), und/oder – ein zweiter Rückwärtsgang (R2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (B2) und des vierten Schaltelements (K3), und/oder – ein dritter Rückwärtsgang (R3) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des sechsten Schaltelements (B2) und des ersten Schaltelements (B1) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das dritte Schaltelement (B1, K2) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, welche über eine Trennkupplung (K0) mit der äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach Anspruch 13 sowie ein mit Rädern (DW) des Hybridfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) des Getriebes (G) über einen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) drehelastisch verbunden ist und die Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) mit dem Achsgetriebe (AG) antriebswirkverbunden ist.