-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle 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
DE 31 31 138 A1 der Anmelderin beschreibt ein lastschaltbares Planetenrad-Wechselgetriebe mit mehreren gekoppelten Planetenradsätzen. Darin wird ein Stufenplanetensatz verwendet, auf dessen Steg Planetenräder mit unterschiedlichen Wirkdurchmessern angeordnet sind. In der Ausführungsform gemäß
11 kämmt ein inneres Zentralrad mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder und zwei äußere Zentralräder mit dem je einem der beiden Wirkdurchmesser der Planetenräder des Stufenplanetensatzes. Der Stufenplanetensatz weist somit insgesamt vier Wellen in Drehzahlordnung auf. In weiterer Folge ist eines der beiden äußeren Zentralräder mit einem inneren Zentralrad eines als Plus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes verbunden.
-
Die Patentanmeldung
DE 10 2008 041 192 A1 der Anmelderin beschreibt ein Mehrstufengetriebe, wobei ein erster und vierter Planetenradsatz in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet sind. Das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes ist dabei mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes fest verbunden. Die beiden Stege des ersten und vierten Planetenradsatzes sind ebenso fest miteinander verbunden. Der erste und vierte Planetenradsatz weisen somit zusammen insgesamt vier Wellen in Drehzahlordnung auf.
-
Im Stand der Technik sind darüber hinaus eine Vielzahl von Fahrzeuggetriebe bekannt, bei denen die Gangbildung durch feste Drehzahlbeziehungen der Wellen eines mehrfach gekoppelten Planetenradsatzsystems erfolgt, welche eine Drehzahlordnung zueinander aufweisen. Beispielhaft sei das Patent
US 5,106,352 A genannt, bei dem zwei verschieden große Drehzahlpfade an einen zweifach gekoppelten Planetenradsatz übermittelt werden, welcher vier Wellen in Drehzahlordnung aufweist.
-
Das Gangwechselgetriebe gemäß
1 der Patentschrift
DE 38 18 710 C1 umfasst sogar sechs Wellen in Drehzahlordnung. Dazu sind Zweifach-Planetenrädern eines Planetenradsatzes insgesamt zwei Sonnenräder und zwei Hohlräder zugeordnet. Ein Sonnenrad eines weiteren, als Minus-Radsatz ausgebildeten Einzelplanetenradsatzes ist mit jenem Sonnenrad fest verbunden, welches mit dem kleineren Durchmesser der Zweifach-Planetenräder kämmt. Der Steg, auf dem die Zweifach-Planetenräder drehbar gelagert sind, ist mit dem Steg des weiteren Einzelplanetenradsatzes fest verbunden. Der weitere Einzelplanetenradsatz ist axial neben den Zweifach-Planetenrädern angeordnet, wodurch die axiale Baulänge des Getriebes erhöht wird. Durch insgesamt vier Vorwärtsschaltkupplungen und einer Rückwärtsgangkupplung sind vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle schaltbar. Für ein Getriebe mit vier Vorwärtsgängen ist der Bauaufwand aber sehr hoch. Zudem besteht in der modernen Kraftfahrzeugtechnik der Bedarf nach einer höheren Gangzahl, um einen mit dem Getriebe verbundenen Verbrennungsmotor einfacher in einem kraftstoffeffizienten Betriebsbereich betreiben zu können.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches mit zumindest sechs Wellen in Drehzahlordnung und fünf Schaltelementen zur Bildung von sechs Vorwärtsgängen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geeignet ist.
-
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, eine Mehrzahl von Planetenradsätzen, sowie zumindest fünf Schaltelemente auf. Die Planetenradsätze weisen zusammen sechs in der Reihenfolge ihrer Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Welle bezeichnete Wellen auf. Diese sechs Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Die Drehzahl der vierten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der fünften Welle. Die Drehzahl der fünften Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der sechsten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die sechste Welle die kleinste Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die größer oder gleich groß wie die Drehzahl der sechsten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller sechs Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang. Die Drehzahl einer oder mehrerer der sechs Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
-
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist die in Drehzahlordnung zweite Welle drehfest festsetzbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist die in Drehzahlordnung dritte Welle drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist die in Drehzahlordnung erste Welle drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der in Drehzahlordnung sechsten Welle verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist die Antriebswelle mit der in Drehzahlordnung dritten Welle verbindbar. Die in Drehzahlordnung vierte Welle ist mit der Abtriebswelle ständig verbunden.
-
Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente ermöglicht die Bildung von sechs Vorwärtsgängen, wie nachfolgend detailliert beschrieben wird.
-
Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen von zwei der als Kupplung wirkenden Schaltelemente gebildet, also beispielhaft durch das vierte und fünfte Schaltelement. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten und des fünften 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 ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen. Ein solch vereinfachter Schaltvorgang ist auch zwischen den ersten vier Vorwärtsgängen möglich, da in diesen Gängen das vierte Schaltelement geschlossen bleiben kann.
-
Vorzugsweise weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf. Durch Schließen des sechsten Schaltelements wird die in Drehzahlordnung erste Welle mit der Antriebswelle verbunden. Das sechste Schaltelement ermöglich die Bildung zumindest eines Rückwärtsganges zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Ein Rückwärtsgang ist in einem Kraftfahrzeuggetriebe nicht mehr zwingend erforderlich, da eine Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle auch über eine elektrische Maschine bewirkt werden kann. Steht die Funktionalität der elektrischen Maschine jedoch nicht zur Verfügung, so ist ein mechanisch ausbildbarer Rückwärtsgang vorteilhaft. Der zumindest eine Rückwärtsgang ist durch Schließen des sechsten Schaltelements und wahlweise des zweiten Schaltelements oder des ersten Schaltelements ausbildbar. Dabei ist jene Variante zu bevorzugen, in der das zweite Schaltelement zur Bildung des Rückwärtsganges beiträgt, da im ersten Vorwärtsgang ebenso das zweite Schaltelement geschlossen ist. Dies vereinfacht den Schaltvorgang zwischen erstem Vorwärtsgang und Rückwärtsgang. Das Getriebe kann auch derart ausgestaltet sein, dass beide möglichen Rückwärtsgänge zur Verfügung stehen.
-
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind die Planetenradsätze durch einen als Stufenplanetenradsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz ausgebildet. Die Planetenräder des solcherart ausgebildeten ersten Planetenradsatzes weisen zumindest zwei unterschiedlich große Wirkdurchmesser auf, wobei den zumindest zwei Wirkdurchmessern jeweils ein Sonnenrad und ein Hohlrad zugeordnet sind. In anderen Worten kämmt der kleinere Wirkdurchmesser der Planetenräder mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad, und der große Wirkdurchmesser der Planetenräder kämmt ebenso mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad. Das dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnete Hohlrad ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Durch einen derartigen Aufbau ist die Bildung von sechs Wellen in Drehzahlordnung mit nur zwei Planetenradsätzen möglich. Dadurch wird ein besonders kompakter Aufbau des Getriebes ermöglicht. Zudem weist ein solches Getriebe geringe Bauteilbelastungen sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.
-
Vorzugsweise ergibt sich folgende Zuordnung der sechs Wellen zu den Elementen der Planetenradsätze. Das Sonnenrad, welches dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist, ist Bestandteil der in Drehzahlordnung ersten Welle. Das Sonnenrad, welches dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist, ist Bestandteil der in Drehzahlordnung zweiten Welle. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist Bestandteil der in Drehzahlordnung dritten Welle. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist gemeinsam mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes Bestandteil der in Drehzahlordnung vierten Welle. Das Hohlrad, welches dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist, ist gemeinsam mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes Bestandteil der in Drehzahlordnung fünften Welle. Das Hohlrad, welches dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist, ist Bestandteil der in Drehzahlordnung sechsten Welle.
-
Vorzugsweise sind das Hohlrad, welches dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist, und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet. Die gemeinsame Radsatzebene bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung der beiden Planetenradsätze in einer Schnittebene des Getriebes normal zur Getriebehauptachse angeordnet ist. Das Hohlrad und das Sonnenrad sind daher nicht axial nebeneinander angeordnet. Stattdessen sind das Hohlrad und das Sonnenrad im Wesentlichen radial übereinander angeordnet, in einer gemeinsamen Ebene. Dadurch wird ein axial besonders kompakter Aufbau des Getriebes ermöglicht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Planetenradsatz radial außerhalb desjenigen Hohlrads angeordnet, welches dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder des ersten Planetenradsatzes zugeordnet ist. Durch eine solche Anordnung wird ein radial kompakter Aufbau des Getriebes begünstigt.
-
Prinzipiell kann jedes der fünf oder sechs Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement, also beispielsweise als Klauenkupplung, oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, also beispielsweise als Lamellenkupplung. Vorzugsweise ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert, besonders da das zweite Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang und gegebenenfalls im optionalen Rückwärtsgang geschlossen sein muss. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das zweite Schaltelement daher überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann somit verbessert werden.
-
In gleicher Weise ist es vorteilhaft, wenn das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist. Das vierte Schaltelement ist nur in den ersten vier Vorwärtsgängen geschlossen. Bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, in dem üblicherweise die hohen Gänge fünf und sechs verwendet werden, kann der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges durch Ausbildung des vierten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement somit erheblich verbessert werden.
-
Auch die Ausbildung des sechsten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement ist für einen guten mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes vorteilhaft, da es nur in dem zumindest einen Rückwärtsgang geschlossen ist.
-
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor. Der Rotor ist dabei entweder mit der Antriebswelle oder mit einer der sechs Wellen ständig verbunden. Die ständige Verbindung kann dabei als direkte drehfeste Verbindung oder über ein festes Übersetzungsverhältnis ausgebildet sein, beispielsweise über einen zusätzlichen Planetenradsatz, wobei ein Element dieses Planetenradsatzes drehfest festgesetzt ist. Beispielsweise könnte dessen Sonnenrad ständig drehfest festgesetzt, dessen Steg mit der Antriebswelle, bzw. einer der sechs Wellen verbunden und dessen Hohlrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein, sodass die Drehzahl des Rotors im Vergleich zum Anbindungselement vergrößert wird. Durch die elektrische Maschine kann die Funktionalität des Getriebes erweitert werden, wodurch sich das Getriebe für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs eignet. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle erlaubt die Nutzung sämtlicher Vorwärtsgänge bei Antrieb des Hybridfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Rotor der elektrischen Maschine mit der in Drehzahlordnung dritten Welle ständig verbunden. Dadurch kann die elektrische Maschine bei geschlossenem erstem oder drittem Schaltelement die Abtriebswelle antreiben, ohne auf die Antriebswelle rückzuwirken. Somit wird eine mit der Antriebswelle verbundene getriebeexterne Antriebseinheit nicht mitgeschleppt, da das vierte und fünfte Schaltelement geöffnet sind. Durch eine solche Anbindung kann die elektrische Maschine in jedem Vorwärtsgang außer im ersten Vorwärtsgang Leistung zur Abtriebswelle hin abgeben oder von dieser aufnehmen. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist somit in den meisten Betriebspunkten ein hybridischer Betrieb möglich.
-
Das Getriebe kann eine Anschlusswelle aufweisen, welche als Schnittstelle zu einer getriebeexternen Antriebseinheit dient, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine. Die Anschlusswelle ist über eine Trennkupplung mit der Antriebswelle verbindbar. Alternativ dazu kann die Trennkupplung samt der Anschlusswelle auch außerhalb des Getriebes angeordnet sein. Die Trennkupplung ist, als Bestandteil des Getriebes, vorzugsweise radial innerhalb der elektrischen Maschine, besonders bevorzugt innerhalb des Rotors angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Ausbildung des Getriebes begünstigt. Durch Öffnen der Trennkupplung kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine in sämtlichen Vorwärtsgängen des Getriebes angetrieben werden, ohne die getriebeexterne Antriebseinheit mitzuschleppen. Die Trennkupplung kann als formschlüssiges oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
-
Dem Getriebe kann in bekannter Weise ein Anfahrelement vorangeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Ein solches Anfahrelement kann auch integraler Bestandteil des Getriebes sein. Das Anfahrelement ermöglicht bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang einen Anfahrvorgang, indem es einen Schlupf zwischen Verbrennungsmotor und Abtriebswelle ermöglicht. Besonders bevorzugt bildet das als Reibschaltelement ausgebildete zweite Schaltelement das Anfahrelement. Durch Schlupfbetrieb des zweiten Schaltelements ist ein Anfahrvorgang im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang möglich. Ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, so dient bevorzugt das vierte Schaltelement als Anfahrelement zum Vorwärtsanfahren, und das sechste Schaltelement als Anfahrelement zum Rückwärtsanfahren. Das vierte und sechste Schaltelement sind in diesem Fall entsprechend als Reibschaltelement auszuführen.
-
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Antriebswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Zwischen Antriebswelle und Verbrennungskraftmaschine kann sich die Trennkupplung befinden, welche Bestandteil des Getriebes sein kann. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welche mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Weist das Getriebe die elektrische Maschine auf, so ermöglicht der Antriebsstrang mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug 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. Eine ständig drehfeste Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht und deren verbundene Elemente somit stets die gleiche Drehzahl aufweisen.
-
Unter dem Begriff „Schließen eines Schaltelements“ wird im Zusammenhang mit der Gangbildung ein Vorgang verstanden, bei dem das Schaltelement so angesteuert wird, dass es am Ende des Schließvorgangs ein hohes Maß an Drehmoment überträgt. Während formschlüssige Schaltelemente im „geschlossenen“ Zustand keine Differenzdrehzahl zulassen, ist bei kraftschlüssigen Schaltelementen im „geschlossenen“ Zustand die Ausbildung einer geringen Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften gewollt oder ungewollt möglich.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
-
1 bis 4 schematische Darstellungen von Getrieben gemäß ersten bis vierten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
-
5 einen Drehzahlplan;
-
6 ein Schaltschema;
-
7 eine schematische Darstellung einen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
-
1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist einen ersten Planetenradsatz P1 auf, welcher als ein Stufenplanetenradsatz ausgebildet ist. Das Getriebe G weist ferner einen zweiten Planetenradsatz P2 auf, welcher als ein einfacher Minus-Radsatz ausgebildet ist. Der erste Planetenradsatz P1 weist zwei Sonnenräder E111, E112 und zwei Hohlräder E311, E312 auf. Die Planetenräder PL1 des ersten Planetenradsatzes P1 weisen zwei verschieden große Wirkdurchmesser auf. Das Sonnenrad E111 kämmt mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1. Das Sonnenrad E112 kämmt mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1. Das Hohlrad E311 kämmt mit dem größeren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1. Das Hohlrad E312 kämmt mit dem kleineren Wirkdurchmesser der Planetenräder PL1. Die Planetenräder PL1 sind an einem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehbar gelagert. Ein Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem Hohlrad E312 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig drehfest verbunden. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 sind daher über eine Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung miteinander verbunden, wobei diese Koppelung in einer Radsatzebene RSE liegt, in der sowohl ein Abschnitt des Sonnenrads E12 als auch ein Abschnitt des Hohlrads E312 liegt. Ein Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig drehfest verbunden. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 sind daher sowohl über die Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung als auch durch die Verbindung der beiden Stege E21, E22 miteinander wirkverbunden. Somit weisen der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 zusammen insgesamt sechs in Drehzahlordnung als erste Welle W1, zweite Welle W2, dritte Welle W3, vierte Welle W4, fünfte Welle W5 und sechste Welle W6 bezeichnete Wellen auf.
-
Das Sonnenrad E111 des ersten Planetenradsatzes P1 ist Bestandteil der in Drehzahlordnung ersten Welle W1. Das Sonnenrad E112 des ersten Planetenradsatzes P1 ist Bestandteil der in Drehzahlordnung zweiten Welle W2. Ein Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist Bestandteil der in Drehzahlordnung dritten Welle W3. Der Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist zusammen mit dem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 Bestandteil der in Drehzahlordnung vierten Welle W4. Das Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist zusammen mit dem Hohlrad E312 des ersten Planetenradsatzes P1 Bestandteil der in Drehzahlordnung fünften Welle W5. Das Hohlrad E311 des ersten Planetenradsatzes P1 ist Bestandteil der in Drehzahlordnung sechsten Welle W6.
-
Das Getriebe G weist ein erstes Schaltelement 03, ein zweites Schaltelement 06, ein drittes Schaltelement 07, ein viertes Schaltelement 15 und ein fünftes Schaltelement 16 auf. Optional weist das Getriebe G darüber hinaus ein sechstes Schaltelement 17 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements 03 wird die in Drehzahlordnung zweite Welle W2 drehfest festgesetzt, indem sie mit einem drehfesten Bauelement GG verbunden wird, beispielsweise dem Getriebegehäuse. Durch Schließen des zweiten Schaltelements 06 wird die in Drehzahlordnung dritte Welle W3 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des dritten Schaltelements 07 wird die in Drehzahlordnung erste Welle W1 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des vierten Schaltelements 15 wird eine Antriebswelle GW1 mit der in Drehzahlordnung sechsten Welle W6 verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements 16 wird die Antriebswelle GW1 mit der in Drehzahlordnung dritten Welle W3 verbunden. Durch Schließen des optional vorgesehenen sechsten Schaltelements 17 wird die in Drehzahlordnung erste Welle W1 mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ist mit der in Drehzahlordnung vierten Welle W4 ständig verbunden.
-
Die Schaltelemente 03, 06, 07, 15, 16, 17 sind schematisch als kraftschlüssige Lamellenschaltelemente ausgebildet. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der Schaltelemente kann auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Die in 1 dargestellte geometrische Anordnung der Schaltelemente 03, 06, 07, 15, 16, 17 ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Fachmann würde bei Bedarf andere Anordnungen wählen. Beispielsweise könnte das dritte Schaltelement 07 zumindest abschnittsweise radial innerhalb des ersten Schaltelements 03 angeordnet sein, um die axialen Abmessungen des Getriebes G zu reduzieren. In gleicher Weise könnte auch das vierte Schaltelement 15 zumindest abschnittsweise radial innerhalb des fünften Schaltelements 16 angeordnet sein. Das sechste Schaltelement 17 kann zumindest abschnittsweise radial innerhalb des dritten Schaltelements 07 angeordnet sein. Ist ein Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, so ist dessen Wirkdurchmesser möglichst klein zu halten, um den Bauaufwand der formschlüssigen Verbindung zu reduzieren.
-
Die miteinander verbundenen Stege E21, E22 der beiden Planetenradsätze P1, P2 sind mit der Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ständig verbunden. An einer äußeren Schnittstelle der Abtriebswelle GW2 ist eine nicht dargestellte Verzahnung vorgesehen, welche mit einer Verzahnung einer nicht dargestellten, zur Abtriebswelle GW2 achsparallel angeordneten Welle kämmt. Das Getriebe G ist somit für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
-
2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches in seiner Kinematik dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Beispielhaft wurde die Anordnung der einzelnen Getriebekomponenten verändert, sodass das vierte und fünfte Schaltelement 15, 16 nun auf jener Stirnseite der Planetenradsätze P1, P2 angeordnet sind, die zu einer äußeren Schnittstelle der Antriebswelle GW1 gerichtet ist. Das zweite Schaltelement 06 ist nun radial außerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet, in der Radsatzebene RSE. Das erste und dritte Schaltelement 03, 07 sind auf jener Stirnseite der Planetenradsätze P1, P2 angeordnet, welche der äußeren Schnittstelle der Antriebswelle GW1 gegenüberliegt. Beispielhaft sind das zweite Schaltelement 06 und das optionale sechste Schaltelement 17 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Das zweite Schaltelement 06 kann statt der Lage in der Radsatzebene RSE beispielhaft auch radial innerhalb des fünften Schaltelements 16 angeordnet sein.
-
3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G wurde um eine elektrische Maschine EM ergänzt, deren Stator S drehfest ist und deren Rotor R ständig mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Darüber hinaus weist das Getriebe G nun eine Anschlusswelle AN, welche als Schnittstelle zu einer getriebeexternen Antriebseinheit dienen kann, sowie eine Trennkupplung K0 auf. Durch Schließen der Trennkupplung K0 wird die Anschlusswelle AN mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Bei geöffneter Trennkupplung K0 kann die elektrische Maschine EM die Antriebswelle GW1 antreiben, ohne auf die Anschlusswelle AN rückzuwirken und die damit verbundene getriebeexterne Antriebseinheit mitzuschleppen.
-
4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G wurde um eine elektrische Maschine EM ergänzt, deren Stator S drehfest ist und deren Rotor R mit der in Drehzahlordnung dritten Welle W3 ständig verbunden ist. Somit kann die elektrische Maschine EM in allen Betriebszuständen des Getriebes G, in denen das zweite Schaltelement 06 nicht vollständig geschlossen ist, Leistung auf die dritte Welle W3 abgeben oder von dieser aufnehmen.
-
5 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes G, welcher für alle vier Ausführungsbeispiele anwendbar ist. Darin sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der sechs Wellen W1 bis W6 des Getriebes G im Verhältnis zur Drehzahl n der Antriebswelle GW1 aufgetragen. Die maximal auftretende Drehzahl n der Antriebswelle GW1 ist auf den Wert 1 normiert. Die Abstände zwischen den sechs Wellen W1 bis W6 ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich im Drehzahlplan durch eine Gerade verbinden. Sind die Drehzahlen von zwei der sechs Wellen bekannt, so lässt sich dadurch im Drehzahlplan auch die Drehzahl der verbleibenden vier Wellen ablesen. Die Darstellung dient nur zur Anschauung und ist nicht maßstäblich.
-
6 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G, welches für alle vier Ausführungsbeispiele anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 sowie zwei Rückwärtsgänge R1, R2 angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 03, 06, 07, 15, 16, 17 in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6, beziehungsweise Rückwärtsgang R1, R2 geschlossen sind. Die Gänge beziehen sich auf feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2. Zur Bildung des vierten Vorwärtsganges stehen drei verschiedene Varianten zur Verfügung, welche als 4.1, 4.2, 4.3 angegeben sind. Diese Variantenbildung ist möglich, da im vierten Vorwärtsgang zwei der sechs Wellen W1 bis W6 mit der Antriebswelle GW1 verbunden werden, wodurch die sechs Wellen W1 bis W6 die gleiche Drehzahl aufweisen. Für eine solche Verbindung stehen drei Schaltelemente zur Verfügung, nämlich das dritte, vierte und fünfte Schaltelement 15, 16, 17. Durch Schließen von zwei dieser drei Schaltelemente 15, 16, 17 kann demnach der vierte Vorwärtsgang gebildet werden. Durch den in 5 dargestellten Drehzahlplan, in welchem die Vorwärtsgänge 1 bis 6 sowie der Rückwärtsgang R1 ebenso dargestellt sind, und durch das in 6 dargestellte Schaltschema wird die Funktionsweise des Getriebes G deutlich.
-
7 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit dem Getriebe G gemäß dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS drehelastisch mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Die Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ist über einen Zwischenradsatz mit einem Achsgetriebe AG verbunden, welches die Leistung auf zwei Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Die in 7 gewählte Darstellung ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der gegenständlichen Ausführungsbeispiele, mit oder ohne elektrische Maschine EM, ausgeführt sein. Der Antriebsstrang könnte auch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler enthalten, welcher beispielsweise zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Ein solcher Drehmomentwandler kann auch eine Überbrückungskupplung umfassen. Der Drehmomentwandler sowie der Torsionsschwingungsdämpfer könnten auch Bestandteil des Getriebes G sein. Der Fachmann wird Anordnung und räumliche Lage der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges je nach den äußeren Randbedingungen frei konfigurieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- GG
- Drehfestes Bauelement
- G
- Getriebe
- P1
- Erster Planetenradsatz
- E111
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- E112
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- E311
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- E312
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- E21
- Steg des ersten Planetenradsatzes
- PL1
- Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
- P2
- Zweiter Planetenradsatz
- E12
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- E32
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- E22
- Steg des zweiten Planetenradsatzes
- W1
- Erste Welle
- W2
- Zweite Welle
- W3
- Dritte Welle
- W4
- Vierte Welle
- W5
- Fünfte Welle
- W6
- Sechste Welle
- 03
- Erstes Schaltelement
- 06
- Zweites Schaltelement
- 07
- Drittes Schaltelement
- 15
- Viertes Schaltelement
- 16
- Fünftes Schaltelement
- 17
- Sechstes Schaltelement
- 1
- Erster Vorwärtsgang
- 2
- Zweiter Vorwärtsgang
- 3
- Dritter Vorwärtsgang
- 4
- Vierter Vorwärtsgang
- 4.1
- Vierter Vorwärtsgang
- 4.2
- Vierter Vorwärtsgang
- 4.3
- Vierter Vorwärtsgang
- 5
- Fünfter Vorwärtsgang
- 6
- Sechster Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- R2
- Rückwärtsgang
- RSE
- Radsatzebene
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- EM
- Elektrische Maschine
- S
- Stator
- R
- Rotor
- n
- Drehzahl der Antriebswelle
- K0
- Trennkupplung
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Achsgetriebe
- DW
- Antriebsräder
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 3131138 A1 [0002]
- DE 102008041192 A1 [0003]
- US 5106352 A [0004]
- DE 3818710 C1 [0005]
