DE102015223274A1

DE102015223274A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe

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Publication number: DE102015223274A1
Application number: DE102015223274.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Juri Pawlakowitsch; Bernd Unseld; Stefan Beck; Johannes Kaltenbach; Michael Wechs; Timo WEHLEN; Raffael Kuberczyk; Thomas Rosemeier; Matthias Horn
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen Vorschaltradsatz (VRS), einen Hauptradsatz (HRS), sowie zumindest ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (A, B, C, D, E) aufweist, wobei durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) und ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, und 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 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 DE 102 10 348 A1 der Anmelderin beschreibt ein Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, zwei Planetenradsätzen, einem Vorschaltradsatz und fünf Schaltelementen. Durch paarweises Schließen der insgesamt fünf Schaltelemente sind sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bildbar. Das Mehrstufengetriebe ist für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorgesehen, welcher parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine alternative Ausgestaltung eines solchen Getriebes bereitzustellen, welche besonders für eine Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geeignet ist, der quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Das Getriebe soll demnach einen axial möglichst kurzen Aufbau aufweisen. Zudem soll die Gangabstufung des Getriebes möglichst harmonisch sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen Vorschaltradsatz, einen Hauptradsatz, sowie zumindest ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement auf. Der Hauptradsatz wird durch einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz gebildet. 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.
Der Vorschaltradsatz ist dazu eingerichtet, an einer Vorschaltradsatzwelle eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle verringerte Drehzahl bereitzustellen. Zwischen den Drehzahlen der Antriebswelle und der Vorschaltradsatzwelle besteht dabei ein festes Übersetzungsverhältnis.
Erfindungsgemäß sind ein Steg des zweiten Planetenradsatzes und ein Steg des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle ständig verbunden. Der zweite und dritte Planetenradsatz sind jeweils als ein Minus-Radsatz ausgebildet. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Durch Schließen des ersten Schaltelements ist eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes herstellbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle und einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes herstellbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist eine drehmomentführende Verbindung zwischen dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und der Antriebswelle herstellbar.
Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente ermöglicht einen besonders kurzen axialen Aufbau, da durch die Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung der erste und zweite Planetenradsatz auf einfache Weise radial geschachtelt angeordnet werden können. Das Getriebe ist somit für eine Anwendung im quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Antriebsstrang gut geeignet. Bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes ist zudem eine besonders harmonische Gangabstufung erzielbar.
Vorzugsweise ist der erste Planetenradsatz zumindest abschnittsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes sind demnach in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet. Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes kann am Außendurchmesser des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes ausgebildet sein. Dadurch ist ein sowohl axial als auch radial besonders kompakter Aufbau des Getriebes möglich.
Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind zumindest sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der Rückwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements.
Durch diese Zuordnung des ersten bis fünften Schaltelements zu den einzelnen Vorwärtsgängen wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzung der Planetenradsätze des Hauptradsatzes und des Übersetzungsverhältnisses des Vorschaltradsatzes, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Gänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Bei einem Schaltvorgang in einen benachbarten Gang muss daher nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer.
Prinzipiell kann jedes der fünf Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement, also beispielsweise als Klauenkupplung, oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, also beispielsweise als Lamellenkupplung. Vorzugsweise ist das erste 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 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 verbessert, besonders da das erste Schaltelement bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug im ersten bis vierten Vorwärtsgang geschlossen ist. Das erste Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes in hohen Gängen, beispielsweise bei einer Autobahnfahrt, überwiegend geöffnet.
Alternativ oder ergänzend dazu kann auch das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenschaltelement ausgebildet sein. Auch das vierte Schaltelement ist bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug zu einem überwiegenden Anteil geöffnet, da es nur im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang geschlossen ist. Daher verbessert die Ausbildung des vierten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement den Wirkungsgrad des Getriebes. Bei einem Schaltvorgang zwischen Rückwärtsgang und erstem Vorwärtsgang bleibt das vierte Schaltelement geschlossen. Somit wird dieser sensible Schaltvorgang durch die Ausbildung des vierten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement nicht beeinträchtigt.
Vorzugsweise weist eine äußere Schnittstelle der Abtriebswelle eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle achsparallelen Welle kämmt. Auf dieser achsparallelen Welle kann beispielsweise das Achsgetriebe eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs angeordnet sein. Die äußere Schnittstelle ist dabei axial zwischen dem Vorschaltradsatz und dem Hauptradsatz angeordnet. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang. Die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle kann axial nahe zu einer getriebeexternen Antriebseinheit angeordnet werden.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehbaren Rotor und einem drehfesten Stator auf. Der Rotor ist dabei mit der Antriebswelle ständig verbunden. Eine solche Anbindung ermöglicht in jedem Gang des Getriebes sowohl eine Leistungsabgabe als auch eine Leistungsaufnahme mittels der elektrischen Maschine.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung wird der Vorschaltradsatz durch einen dritten Planetenradsatz gebildet, welcher als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist. Dabei ist ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ständig drehfest festgesetzt, ein Steg des dritten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle ständig verbunden und ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes Bestandteil der Vorschaltradsatzwelle. Eine solche Ausgestaltung erleichtert die Integration der elektrischen Maschine in das Getriebe.
Der Vorschaltradsatz kann dazu eingerichtet sein, an einer weiteren Vorschaltradsatzwelle eine zur Drehzahl der Antriebswelle erhöhte Drehzahl bereitzustellen. Zwischen den Drehzahlen der Antriebswelle und der weiteren Vorschaltradsatzwelle besteht dabei ein festes Übersetzungsverhältnis. Der Rotor der elektrischen Maschine kann anstatt mit der Antriebswelle mit dieser weiteren Vorschaltradsatzwelle verbunden sein. Dadurch dreht der Rotor der elektrischen Maschine in jedem Gang des Getriebes mit einer höheren Drehzahl als die Antriebswelle. Somit kann die elektrische Maschine für höhere Drehzahlen und geringerem Drehmoment ausgelegt werden, wodurch die elektrische Maschine kleiner und kostengünstiger herzustellen ist.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung für eine solche Anbindung des Rotors umfasst der Vorschaltradsatz einen dritten Planetenradsatz und einen vierten Planetenradsatz. Ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ist dabei mit einem Hohlrad des vierten Planetenradsatzes ständig verbunden, und dabei drehfest festgesetzt. Ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ist mit der Antriebswelle ständig verbunden. Ein Steg des dritten Planetenradsatzes und ein Steg des vierten Planetenradsatzes sind Bestandteile der Vorschaltradsatzwelle. Ein Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes ist Bestandteil der weiteren Vorschaltradsatzwelle. Eine solche Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes ermöglicht einen kompakten Aufbau, da durch die Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung eine radiale Schachtelung des dritten und vierten Planetenradsatzes möglich ist. Dabei ist vorzugsweise der vierte Planetenradsatz zumindest abschnittsweise radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes angeordnet. Elemente des dritten und vierten Planetenradsatzes sind demnach in einer gemeinsamen Radsatzebene angeordnet. Das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes kann am Außendurchmesser des Hohlrades des vierten Planetenradsatzes ausgebildet sein. Dadurch ist ein sowohl axial als auch radial besonders kompakter Aufbau des Getriebes möglich.
Das Getriebe kann eine Anschlusswelle aufweisen, welche über eine Trennkupplung mit der Antriebswelle des Getriebes verbindbar ist. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug kann das Kraftfahrzeug allein durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben werden. Durch die Trennkupplung ist eine mit der Anschlusswelle verbundene getriebeexterne Antriebseinheit von der Antriebswelle abkoppelbar. Dadurch muss diese Antriebseinheit im elektrischen Fahrbetrieb nicht mitgeschleppt werden. Die Trennkupplung kann auch bei einem Getriebe ohne die elektrische Maschine Verwendung finden, beispielsweise als Anfahrkupplung.
Prinzipiell kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorangeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Das Anfahrelement kann Bestandteil des Getriebes sein. Das Anfahrelement ermöglicht bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang einen Anfahrvorgang, indem es einen Schlupfzustand zwischen Verbrennungsmotor und Abtriebswelle ermöglicht. Bevorzugt ist eines der Schaltelemente des Getriebes als ein solches Anfahrelement ausgebildet, indem das vierte Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet wird. Durch Schlupfbetrieb des vierten Schaltelements ist ein Anfahrvorgang im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang möglich. Somit kann ein separates Anfahrelement entfallen.
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 eine 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 ein Getriebe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Schaltschema für das Getriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Getriebe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ein Schaltschema für das Getriebe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
5 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Getriebe G weist einen Vorschaltradsatz VRS, einen Hauptradsatz HRS, eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, sowie ein erstes Schaltelement A, ein zweites Schaltelement B, ein drittes Schaltelement C, ein viertes Schaltelement D und ein fünftes Schaltelement E auf. Der Hauptradsatz HRS umfasst einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2. Der erste Planetenradsatz P1 ist dabei radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet. Der Vorschaltradsatz VRS umfasst einen dritten Planetenradsatz P3. Der dritte Planetenradsatz P3 ist als ein Plus-Radsatz ausgebildet. Der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 sind ja als ein Minus-Radsatz ausgebildet.
Ein Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einem Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden. Das Sonnenrad E12 ist dabei am Außendurchmesser des Hohlrades E31 ausgebildet. Ein Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Die beiden Stege E21, E22 sind mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden. Die Antriebswelle GW1 ist mit dem Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Ein Sonnenrad E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ist ständig drehfest festgesetzt, indem es mit einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G verbunden ist. Das drehfeste Bauelement GG kann beispielsweise durch das Getriebegehäuse gebildet sein. Ein Hohlrad E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ist Bestandteil einer Vorschaltradsatzwelle Wx. Durch die drehfeste Festsetzung des Sonnenrades E13 und die ständige Verbindung zwischen der Antriebswelle GW1 und dem Steg E23 besteht ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle GW1 und der Vorschaltradsatzwelle Wx. Der Vorschaltradsatz VRS bewirkt demnach eine Verkleinerung der Drehzahl n1 an der Vorschaltradsatzwelle Wx im Verhältnis zur Drehzahl n0 der Antriebswelle GW1.
Durch Schließen des ersten Schaltelementes A wird eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle Wx und dem Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelementes B wird eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle Wx und einem Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 hergestellt. Durch Schließen des dritten Schaltelementes C wird das Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des vierten Schaltelementes D wird ein Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des fünften Schaltelementes E wird eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Antriebswelle GW1 und dem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt.
Die Abtriebswelle GW2 weist eine äußere Schnittstelle GW2-A auf, welche axial zwischen dem Vorschaltradsatz VRS und dem Hauptradsatz HRS angeordnet ist. Die äußere Schnittstelle GW2-A umfasst eine Verzahnung, welche mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle GW2 achsparallelen Welle GW22 kämmt. Auf dieser achsparallelen Welle GW22 kann beispielsweise das Achsgetriebe eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs angeordnet sein.
Das Getriebe G kann optional eine elektrische Maschine EM umfassen, welche einen drehfesten Stator S und einen drehbaren Rotor R aufweist. Der drehbare Rotor R ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Die Anbindung des Rotors R an die Antriebswelle GW1 erfolgt dabei am Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3. Weist das Getriebe G die elektrische Maschine EM auf, so umfasst das Getriebe G vorzugsweise auch eine Anschlusswelle AN und eine Trennkupplung K0. Durch Schließen der Trennkupplung K0 wird die Anschlusswelle AN mit der Antriebswelle GW1 verbunden. In der Anschlusswelle AN kann ein Torsionsschwingungsdämpfer TS integriert sein.
2 zeigt ein Schaltschema, welches für das Getriebe G gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 sowie der Rückwärtsgang R1 angegeben, welche sich auf Drehzahlverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 beziehen. Ferner ist ein Standladebetriebsmodus L angegeben. Die Spalten A, B, C, D, E kennzeichnen durch einen Kreis, welche der Schaltelemente A, B, C, D, E in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6 beziehungsweise Rückwärtsgang R1 geschlossen sind. Die Spalte K0 kennzeichnet, ob die optionale Trennkupplung K0 in einem Gang beziehungsweise Betriebsmodus geschlossen sein kann oder muss. Die Trennkupplung K0 trägt dabei zur Gangbildung nicht bei. Im Standladebetriebsmodus L ist die Trennkupplung K0 zu schließen. In der Spalte i sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 in den Vorwärtsgängen 1 bis 6 und dem Rückwärtsgang R1 dargestellt. In kleiner Schrift ist dabei auch der mechanische Wirkungsgrad des Getriebes G dargestellt. In der Spalte s ist die Gangabstufung zwischen benachbarten Vorwärtsgängen dargestellt. Der erste Vorwärtsgang 1 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelementes A und des vierten Schaltelementes D. Der zweite Vorwärtsgang 2 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelementes A und des dritten Schaltelementes C. Der dritte Vorwärtsgang 3 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelementes A und des zweiten Schaltelementes B. Der vierte Vorwärtsgang 4 ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelementes A und des fünften Schaltelementes E. Der fünfte Vorwärtsgang 5 ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelementes B und des fünftes Schaltelementes E. Der sechste Vorwärtsgang 6 ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelementes C und des fünften Schaltelementes E. Der Rückwärtsgang R1 ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelementes B und des vierten Schaltelementes D.
3 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Aufbau des Vorschaltradsatzes VRS wurde im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel verändert. Der Vorschaltradsatz VRS umfasst nun einen dritten Planetenradsatz P3x und einen vierten Planetenradsatz P4. Der vierte Planetenradsatz P4 ist dabei radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes P3x angeordnet. Ein Sonnenrad E13x des dritten Planetenradsatzes P3x ist mit einem Hohlrad E34 des vierten Planetenradsatzes P4 ständig verbunden und drehfest festgesetzt. Die Antriebswelle GW1 ist mit einem Hohlrad E33x des dritten Planetenradsatzes P3x ständig verbunden. Ein Steg E23x des dritten Planetenradsatzes P3x und ein Steg E24 des vierten Planetenradsatzes P4 sind ständig miteinander verbunden, und sind Bestandteile der Vorschaltradsatzwelle Wx. Ein Sonnenrad E14 des vierten Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil einer weiteren Vorschaltradsatzwelle Wy. Durch diesen Aufbau ergibt sich ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle GW1 und der weiteren Vorschaltradsatzwelle Wy. Bei Drehung der Antriebswelle GW1 mit der Drehzahl n0 liegt an der Vorschaltradsatzwelle Wx somit stets eine im Vergleich zur Drehzahl n0 kleinere Drehzahl n1 an. An der weiteren Vorschaltradsatzwelle Wy liegt dabei stets eine im Vergleich zur Drehzahl n0 vergrößerte Drehzahl n2 an. An der weiteren Vorschaltradsatzwelle Wy ist der Rotor R der elektrischen Maschine EM angebunden.
4 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel. Die Gangbildung der Vorwärtsgänge 1 bis 6, des Rückwärtsganges R1 sowie die Bildung des Standladebetriebsmodus L ist für alle Ausführungsbeispiele identisch. Daher wird hierzu auf die Ausführung zu 2 verwiesen. Das in 4 oben dargestellte Schaltschema bezieht sich auf Drehzahlverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2. Das in 4 dargestellte untere Schaltschema bezieht sich auf Drehzahlverhältnisse zwischen der weiteren Vorschaltradsatzwelle Wy und der Abtriebswelle GW2.
5 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 5 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM könnte über den Torsionsschwingungsdämpfer TS auch direkt mit der Antriebswelle GW1 der Getriebes G verbunden sein. Das Getriebe G könnte auch ohne elektrische Maschine EM ausgebildet sein. 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 Trennkupplung K0 und der Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Ein solcher Drehmomentwandler kann auch eine Überbrückungskupplung umfassen. Der Fachmann wird Anordnung und räumliche Lage der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges je nach den äußeren Randbedingungen frei konfigurieren. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG verbunden, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird.
Bezugszeichen

G

Getriebe

GG

Drehfestes Bauelement

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

P3x

Dritter Planetenradsatz

E13x

Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes

E23x

Steg des dritten Planetenradsatzes

E33x

Hohlrad des dritten Planetenradsatzes

P4

Vierter Planetenradsatz

E14

Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes

E24

Steg des vierten Planetenradsatzes

E34

Hohlrad des vierten Planetenradsatzes

VRS

Vorschaltradsatz

HRS

Hauptradsatz

GW1

Antriebswelle

GW2

Abtriebswelle

GW2-A

Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle

GW22

Welle

A

Erstes Schaltelement

B

Zweites Schaltelement

C

Drittes Schaltelement

D

Viertes Schaltelement

E

Fünftes Schaltelement

n0

Drehzahl

n1

Drehzahl

n2

Drehzahl

Wx

Vorschaltradsatzwelle

Wy

Vorschaltradsatzwelle

1

Erster Vorwärtsgang

2

Zweiter Vorwärtsgang

3

Dritter Vorwärtsgang

4

Vierter Vorwärtsgang

5

Fünfter Vorwärtsgang

6

Sechster Vorwärtsgang

R1

Rückwärtsgang

EM

Elektrische Maschine

S

Stator

R

Rotor

AN

Anschlusswelle

K0

Trennkupplung

VKM

Verbrennungskraftmaschine

AG

Achsgetriebe

TS

Torsionsschwingungsdämpfer

DW

Räder

L

Standladebetriebsmodus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10210348 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen Vorschaltradsatz (VRS), einen Hauptradsatz (HRS), sowie zumindest ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (A, B, C, D, E) aufweist, – wobei der Hauptradsatz (HRS) durch einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1, P2) gebildet ist, – wobei der Vorschaltradsatz (VRS) dazu eingerichtet ist, an einer Vorschaltradsatzwelle (Wx) eine zur Drehzahl (n0) der Antriebswelle (GW1) verringerte Drehzahl (n1) bereitzustellen, wobei zwischen den Drehzahlen (n0, n1) ein festes Übersetzungsverhältnis besteht, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Steg (E22) des als Minus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes (P2) und ein Steg (E21) des als Minus-Radsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden sind, – wobei ein Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle (Wx) und dem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) herstellbar ist, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Vorschaltradsatzwelle (Wx) und einem Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) herstellbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) das Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (D) ein Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, und – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (E) eine drehmomentführende Verbindung zwischen der Antriebswelle (GW1) und dem Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) herstellbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1) zumindest abschnittsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (P2) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) und ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, wobei sich – der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des vierten Schaltelements (D), – der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des dritten Schaltelements (C), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des zweiten Schaltelements (B), – der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des ersten Schaltelements (A) und des fünften Schaltelements (E), – der fünfte Vorwärtsgang (5) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des fünften Schaltelements (E), – der sechste Vorwärtsgang (6) durch Schließen des dritten Schaltelements (C) und des fünften Schaltelements (E) ergibt, und – der Rückwärtsgang (R1) sich durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (D) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schnittstelle (GW2-A) der Abtriebswelle (GW2) eine Verzahnung aufweist, welche mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle (GW2) achsparallelen Welle (GW22) kämmt, wobei die äußere Schnittstelle (GW2-A) axial zwischen dem Vorschaltradsatz (VRS) und dem Hauptradsatz (HRS) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R) aufweist, wobei der Rotor (R) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) durch einen dritten Planetenradsatz (P3) gebildet ist, wobei ein Sonnenrad (E13) des als Plus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes (P3) ständig drehfest festgesetzt ist, wobei ein Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, und wobei ein Hohlrad (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) Bestandteil der Vorschaltradsatzwelle (Wx) ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) dazu eingerichtet ist, an einer weiteren Vorschaltradsatzwelle (Wy) eine zur Drehzahl (n0) der Antriebswelle (GW1) erhöhte Drehzahl (n2) bereitzustellen, wobei zwischen den Drehzahlen (n0, n2) ein festes Übersetzungsverhältnis besteht, wobei das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R) aufweist, und wobei der Rotor (R) mit der weiteren Vorschaltradsatzwelle (Wy) ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) durch einen dritten Planetenradsatz (P3x) und einen vierten Planetenradsatz (P4) gebildet ist, wobei – ein Sonnenrad (E13x) des dritten Planetenradsatzes (P3x) mit einem Hohlrad (E34) des vierten Planetenradsatzes (P4) ständig verbunden und drehfest festgesetzt ist, – wobei ein Hohlrad (E33x) des dritten Planetenradsatzes (P3x) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, – wobei ein Steg (E23x) des dritten Planetenradsatzes (P3) und ein Steg (E24) des vierten Planetenradsatzes (P4) miteinander verbunden und Bestandteile der Vorschaltradsatzwelle (Wx) sind, und – wobei ein Sonnenrad (E14) des vierten Planetenradsatzes (P4) Bestandteil der weiteren Vorschaltradsatzwelle (Wy) ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Planetenradsatz (P4) zumindest abschnittsweise radial innerhalb des dritten Planetenradsatzes (P3x) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) über eine Trennkupplung (K0) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie ein mit Rädern (DW) des Kraftfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Antriebswelle (GW1) oder 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.