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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.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2010 033 134 A1 beschreibt ein Getriebe mit einem Eingangselement, einem Ausgangselement, drei Planetenradsätze und vier Drehmomentübertragungsmechanismen, wobei durch selektives Einrücken der vier Drehmomentübertragungsmechanismen fünf Vorwärtsgänge zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement herstellbar sind.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative Ausführung eines solchen Getriebes mit zumindest fünf Vorwärtsgängen bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Das erfindungsgemäße Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, drei Planetenradsätze, sowie zumindest ein erstes, zweites, drittes und viertes Schaltelement 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.
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Jeder der drei Planetenradsätze weist ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird stets durch das Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes.
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Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig drehfest festgesetzt. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit der Antriebswelle ständig verbunden. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes sind mit der Abtriebswelle ständig verbunden.
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Das Getriebe weist mehrere Koppelungen auf, darunter eine erste Koppelung und eine zweite Koppelung. Die erste Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes. Die zweite Koppelung besteht zwischen der Antriebswelle und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Eine der zwei Koppelungen ist als ständige Verbindung ausgebildet. Die verbleibende der beiden Koppelungen ist durch eine mittels des zweiten Schaltelements schaltbare Verbindung ausgebildet. Das zweite Schaltelement befindet sich daher in einer ersten Ausgestaltung in der Wirkverbindung zwischen dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes und der Antriebswelle, also in der zweiten Koppelung. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes in dieser ersten Ausgestaltung somit ständig verbunden. In einer zweiten Ausgestaltung befindet sich das zweite Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes, also in der ersten Koppelung. Das dritte Element des dritten Planetenradsatzes ist mit der Antriebswelle in diesem Fall ständig verbunden. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird somit eine Abstützung eines der drei Elemente des dritten Planetenradsatzes bewirkt, wodurch zwischen diesen Elementen Drehmoment übertragen werden kann.
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Durch Schließen des ersten Schaltelements ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist die Antriebswelle mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar.
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Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente weist eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.
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Durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente sind zumindest fünf 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 ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt.
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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. Da das erste Schaltelement im ersten bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, ermöglicht das Schaltschema einen derart vereinfachten Schaltvorgang zwischen jedem der ersten drei Vorwärtsgänge. Dies gilt auch für einen Schaltvorgang zwischen den Vorwärtsgängen zwei und vier, da bei einem solchen Schaltvorgang das vierte Schaltelement geschlossen bleibt. Ebenso bleibt bei einem Schaltvorgang zwischen den Vorwärtsgängen drei und fünf das zweite Schaltelement geschlossen. Ein Überspringen einzelner Vorwärtsgänge ist somit auf einfache Weise möglich.
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Gemäß einer ersten möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe ein fünftes Schaltelement auf. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Ein solches fünftes Schaltelement ermöglicht die Bildung eines weiteren Vorwärtsganges zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, dessen Übersetzung länger ist als die Übersetzung der ersten fünf Vorwärtsgänge. Durch das fünfte Schaltelement kann somit die Spreizung des Getriebes erhöht werden. Dieser weitere Vorwärtsgang, auch als sechster Vorwärtsgang bezeichnet, ergibt sich durch Schließen des fünften Schaltelements und des zweiten Schaltelements. In allen übrigen Vorwärtsgängen ist das fünfte Schaltelement geöffnet.
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Gemäß einer zweiten möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe ein fünftes Schaltelement auf, durch dessen Schließen eine Verbindung zwischen dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes herstellbar ist. Ein solches fünftes Schaltelement ermöglicht die Bildung eines oder mehrerer weiterer Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, deren Übersetzung länger ist als die Übersetzung der ersten fünf Vorwärtsgänge. Durch das fünfte Schaltelement kann somit die Spreizung erhöht sowie optional die Gangabstufung des Getriebes verringert werden. Die zusätzlichen Vorwärtsgänge sind durch Schließen des fünften Schaltelements und des zweite, dritten oder vierten Schaltelements ausbildbar. Darunter ergibt sich ein sechster Vorwärtsgang durch Schließen des fünften Schaltelements und des zweiten Schaltelements, ein siebenter Vorwärtsgang durch Schließen des fünften Schaltelements und des dritten Schaltelements, und ein achter Vorwärtsgang durch Schließen des fünften Schaltelements und des vierten Schaltelements. Vorzugsweise nutzt das Getriebe alle acht derart bildbaren Vorwärtsgänge.
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Gemäß einer möglichen Ausführungsform weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf, dessen Schließen eine drehfeste Festsetzung des dritten Elements des dritten Planetenradsatzes bewirken kann. Dabei ist das zweite Schaltelement in der zweiten Koppelung anzuordnen, also in der Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Das sechste Schaltelement ermöglicht die Bildung eines Rückwärtsganges zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Ein Rückwärtsgang ist in einem Kraftfahrzeuggetriebe nicht 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 Rückwärtsgang ist durch Schließen des sechsten Schaltelements und des dritten Schaltelements ausbildbar. Da im ersten Vorwärtsgang ebenso das dritte Schaltelement geschlossen ist, ist ein Umschaltvorgang zwischen erstem Vorwärtsgang und Rückwärtsgang auf einfache Weise möglich.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet, wobei von den drei Planetenradsätzen der dritte Planetenradsatz den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle der Antriebswelle aufweist. Die äußere Schnittstelle der Abtriebswelle weist dabei eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Antriebswellenachse 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.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes angeordnet. Von den drei Planetenradsätzen weist dabei der dritte Planetenradsatz den größten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle der Antriebswelle auf. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
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Prinzipiell kann jedes der 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. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert, besonders da das erste Schaltelement lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das erste Schaltelement daher besonders bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann somit verbessert werden.
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Vorzugsweise sind sämtliche Planetenradsätze als Minus-Radsätze ausgebildet, wodurch ein guter mechanischer Wirkungsgrad sowie ein kompakter Aufbau des Getriebes begünstigt werden.
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Gemäß einer möglichen Ausbildung weist das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehbaren Rotor und einem drehfesten Stator auf. Der Rotor ist dabei entweder mit der Antriebswelle oder mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes ständig verbunden. Dabei ist insbesondere die Anbindung des Rotors an das dritte Element des ersten Planetenradsatzes vorteilhaft. Da das erste Element des ersten Planetenradsatzes ständig drehfest festgesetzt ist und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig mit der Antriebswelle verbunden ist, ergibt sich eine gangunabhängige feste Übersetzung zwischen der Antriebswelle und dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes. Dabei dreht der Rotor der elektrischen Maschine in jedem Gang 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. Darüber hinaus ist der erste Planetenradsatz an der Bildung der Gänge beteiligt. Es ist also kein zusätzlicher Planetenradsatz zur Bildung der Vorübersetzung für die elektrische Maschine erforderlich. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes weist zudem in jedem Gang eine Drehzahl auf. Das Getriebe ermöglicht daher in jedem Gang sowohl eine Leistungsabgabe als auch eine Leistungsaufnahme mittels der elektrischen Maschine.
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Das Getriebe mitsamt elektrischer Maschine 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.
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Prinzipiell kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorangeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Das Anfahrelement kann Bestandteil des Getriebes sein. Das Anfahrelement ermöglicht bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang einen Anfahrvorgang, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen Verbrennungsmotor und Abtriebswelle ermöglicht. Bevorzugt ist eines der Schaltelemente des Getriebes als ein solches Anfahrelement ausgebildet, indem das dritte Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet wird. Durch Schlupfbetrieb des dritten Schaltelements ist ein Anfahrvorgang im ersten Vorwärtsgang und im optionalen Rückwärtsgang möglich. Somit kann ein separates Anfahrelement entfallen.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 bis 8 schematische Darstellungen von Getrieben gemäß ersten bis achten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
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9 bis 11 Schaltschemata für die Getriebe; und
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12 eine schematische Darstellung einen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
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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. Jeder der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 weist ein erstes Element E11, E12, E13, ein zweites Element E21, E22, E23 und ein drittes Element E31, E32, E33 auf. Das erste Element E11, E12, E13 ist stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so ist das zweite Element E21, E22, E23 durch einen Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet und das dritte Element E31, E32, E33 durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3. In der in 1 dargestellten Ausführungsform des Getriebes G sind die Planetenradsätze P1, P2, P3 als Minus-Radsätze ausgebildet. Wäre ein Planetenradsatz als Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element E21, E22, E23 durch dessen Hohlrad ausgebildet und dessen drittes Element E31, E32, E33 durch dessen Steg. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Plus-Radsatzvarianten nicht in den Figuren dargestellt.
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Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist ständig drehfest festgesetzt, indem es mit einem drehfesten Bauelement GG ständig verbunden ist. Das drehfeste Bauelement GG kann beispielsweise durch das Getriebegehäuse gebildet sein. Eine Antriebswelle GW1 ist mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Das Getriebe G weist zumindest vier Schaltelemente auf, welche als erstes Schaltelement B1, zweites Schaltelement K1, drittes Schaltelement K2 und viertes Schaltelement K3 bezeichnet sind. Optional kann das Getriebe G auch ein fünftes Schaltelement aufweisen, welches als fünftes Schaltelement B2 bezeichnet ist. Durch Schließen des ersten Schaltelements B1 ist das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2, und damit auch das damit verbundene erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3, drehfest festsetzbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 ist die Antriebswelle GW1 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements K2 ist die Antriebswelle GW1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements K3 ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Durch Schließen des optional vorgesehenen fünften Schaltelementes B2 ist das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festsetzbar.
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Das Getriebe G weist zahlreiche Koppelungen auf, darunter eine erste Koppelung V1 und eine zweite Koppelung V2. Die erste Koppelung V1 besteht zwischen dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3. Die zweite Koppelung V2 besteht zwischen der Antriebswelle GW1 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3. Eine der beiden Koppelungen V1, V2 ist durch eine ständige Verbindung gebildet, während die verbleibende der beiden Koppelungen V1, V2 durch eine mittels des zweiten Schaltelements K1 schaltbare Verbindung gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die erste Koppelung V1 durch eine ständige Verbindung gebildet, während die zweite Koppelung V2 durch eine schaltbare Verbindung gebildet ist. Dementsprechend befindet sich das zweite Schaltelement K1 in der zweiten Kopplung V2.
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Die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind axial hintereinander in folgende Reihenfolge angeordnet: Erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3. Äußere Schnittstellen GW1-A, GW2-A der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 sind koaxial zueinander und an axial gegenüberliegenden Enden des Getriebes G angeordnet. Das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eignet sich somit für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, welcher parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
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Die Schaltelemente B1, K1, K2, K3, B2 sind schematisch als kraftschlüssige Lamellenschaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes einzelne der Schaltelemente könnte auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Dazu eignet sich besonders das erste Schaltelement B1. Ist das erste Schaltelement B1 als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, so ist es bevorzugt an einem radial möglichst kleinen Wirkdurchmesser anzuordnen, beispielsweise in unmittelbarer Nähe des ersten Elements E12 des zweiten Planetenradsatzes P2. Das dritte Schaltelement K2 ist radial innerhalb des vierten Schaltelements K3 angeordnet. Dadurch kann die axiale Baulänge des Getriebes G verkürzt werden. In gleicher Weise wäre es denkbar, das vierte Schaltelement K3 zumindest abschnittsweise radial innerhalb des fünften Schaltelements B2 anzuordnen. Dadurch wäre eine weitere Optimierung der axialen Baulänge möglich.
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Das Getriebe G kann optional eine elektrische Maschine EM aufweisen, welche einen drehfesten Stator S und einen drehbaren Rotor R umfasst. Der Rotor R ist dabei entweder, wie in 1 dargestellt, mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 oder mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Weist das Getriebe G die elektrische Maschine EM auf, so kann das Getriebe G auch eine Anschlusswelle AN und eine Trennkupplung K0 aufweisen. Über die Trennkupplung K0 ist die Anschlusswelle AN mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Bei Antrieb der Abtriebswelle GW2 mittels der elektrischen Maschine EM kann durch Öffnen der Trennkupplung K0 eine mit der Anschlusswelle AN verbundene getriebeexterne Antriebseinheit von der Antriebswelle GW1 entkoppelt werden, so dass diese getriebeexterne Antriebseinheit dabei nicht mitgeschleppt wird.
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2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Dabei wurde lediglich die Anordnung des zweiten Schaltelements K1 verändert, so dass das zweite Schaltelement K1 nun in der ersten Koppelung V1 angeordnet ist. Durch Schließen des zweiten Schaltelementes K1 wird das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Das dritte Element E33 ist folglich ständig mit der Antriebswelle GW1 verbunden, da die zweite Koppelung V2 nun als ständige Verbindung auszubilden ist.
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3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist neben den ersten vier Schaltelementen B1, K1, K2, K3 nun ein weiteres Schaltelement auf, welches als fünftes Schaltelement K4 bezeichnet ist. Durch Schließen des fünften Schaltelements K4 wird das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Eine schaltbare drehfeste Festsetzung des ersten Elementes E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist nun nicht mehr vorgesehen.
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4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Lage des zweiten Schaltelements K1 wurde verändert, so dass das zweite Schaltelement K1 nun in der ersten Koppelung V1 angeordnet ist. Die zweite Koppelung V2 ist entsprechend als ständige Verbindung ausgebildet.
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5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Dabei wurde die Anordnung der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 verändert, so dass der dritte Planetenradsatz P3 den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 aufweist. Ausgehend von dieser äußeren Schnittstelle GW1-A sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: Dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1. Ein Abschnitt der äußeren Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 befindet sich beispielhaft axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem zweiten Planetenradsatz P2. Die äußere Schnittstelle GW2-A weist dabei eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Abtriebswelle GW2 achsparallelen Welle kämmt. Auf dieser achsparallelen Welle kann beispielsweise ein Achsgetriebe eines Antriebsstranges angeordnet sein. Das Getriebe G gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist somit für die Verwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist. Ferner weist das Getriebe G gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ein sechstes Schaltelement B3 auf, durch dessen Schließen das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar ist. Durch das sechste Schaltelement B3 kann ein optionaler Rückwärtsgang R1 gebildet werden. Ein Rückwärtsgang ist in einem Kraftfahrzeuggetriebe nicht zwingend erforderlich, da die Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle GW2 auch durch Betrieb der elektrischen Maschine EM entgegen einer Vorzugsdrehrichtung und Einlegen eines Vorwärtsganges realisierbar ist. Steht die Funktion der elektrischen Maschine EM nicht zur Verfügung oder ist diese im Getriebe G nicht vorgesehen, so kann durch das sechste Schaltelement B3 ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 auf mechanischem Wege gebildet werden.
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6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des zweiten Schaltelements K1 wurde verändert, so dass das zweite Schaltelement K1 nun in der ersten Koppelung V1 angeordnet ist. Die zweite Koppelung V2 ist entsprechend als eine ständige Verbindung ausgebildet. Das sechste Schaltelement B3 ist nun nicht mehr vorgesehen, da eine drehfeste Festsetzung des dritten Elements E33 des dritten Planetenradsatzes P3 eine drehfeste Festsetzung der Antriebswelle GW1 bewirken würde.
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7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist das fünfte Schaltelement K4 auf, durch dessen Schließen das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar ist. Das zweite Schaltelement K1 ist wiederum in der zweiten Koppelung V2 angeordnet. Dementsprechend ist die Ausbildung eines mechanischen Rückwärtsgangs R1 durch das sechste Schaltelement B3 möglich.
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8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Lage des zweiten Schaltelementes K1 wurde verändert, so dass das zweite Schaltelement K1 nun in der ersten Koppelung V1 angeordnet ist. Die zweite Koppelung V2 ist entsprechend als eine ständige Verbindung ausgebildet. Die Ausbildung des Rückwärtsganges R1 mittels des sechsten Schaltelementes B3 ist entsprechend nicht mehr möglich.
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9 zeigt ein Schaltschema, welches für sämtliche vorangegangenen Ausführungsbeispiele anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind fünf Vorwärtsgänge 1 bis 5 dargestellt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente B1, K1, K2, K3 in welchem Vorwärtsgang 1 bis 5 geschlossen sind. Im ersten Vorwärtsgang 1 sind das erste Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement K2 geschlossen. Im zweiten Vorwärtsgang 2 sind das erste Schaltelement B1 und das vierte Schaltelement K3 geschlossen. Im dritten Vorwärtsgang 3 sind das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement K1 geschlossen. Im vierten Vorwärtsgang 4 sind das zweite Schaltelement K1 und das vierte Schaltelement K3 geschlossen. Im fünften Vorwärtsgang 5 sind das zweite Schaltelement K1 und das dritte Schaltelement K2 geschlossen. Für jene Ausführungsbeispiele, bei denen die Anordnung des sechsten Schaltelements B3 möglich ist, ist die Bildung eines Rückwärtsganges R1 möglich. Der Rückwärtsgang R1 wird durch Schließen des dritten Schaltelements K2 und des sechsten Schaltelements B3 gebildet.
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10 zeigt ein Schaltschema, welches für jene Ausführungsbeispiele anwendbar ist, die das als B2 bezeichnete fünfte Schaltelement aufweisen. Das fünfte Schaltelement B2 ermöglicht die Bildung eines sechsten Vorwärtsganges 6, welcher durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements B2 bildbar ist.
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11 zeigt ein Schaltschema, welches für die Ausführungsbeispiele mit dem als K4 bezeichneten fünften Schaltelement anwendbar ist. Das fünfte Schaltelement K4 ermöglicht die Bildung von drei zusätzlichen Vorwärtsgängen, welche als 6b, 7b, 8b bezeichnet sind. Der sechste Vorwärtsgang 6b ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements K4. Der siebte Vorwärtsgang 7b ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements K2 und des fünften Schaltelements K4. Der achte Vorwärtsgang 8b ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements K3 und des fünften Schaltelementes K4.
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12 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 12 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.
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Bezugszeichen
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- G
- Getriebe
- GG
- Drehfestes Bauelement
- P1
- Erster Planetenradsatz
- E11
- Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
- E21
- Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
- E31
- Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
- P2
- Zweiter Planetenradsatz
- E12
- Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
- E22
- Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
- E32
- Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
- P3
- Dritter Planetenradsatz
- E13
- Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
- E23
- Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
- E33
- Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
- B1
- Erstes Schaltelement
- K1
- Zweites Schaltelement
- K2
- Drittes Schaltelement
- K3
- Viertes Schaltelement
- K4
- Fünftes Schaltelement
- B2
- Fünftes Schaltelement
- B3
- Sechstes Schaltelement
- V1
- Erste Koppelung
- V2
- Zweite Koppelung
- 1
- Erster Vorwärtsgang
- 2
- Zweiter Vorwärtsgang
- 3
- Dritter Vorwärtsgang
- 4
- Vierter Vorwärtsgang
- 5
- Fünfter Vorwärtsgang
- 6b
- Sechster Vorwärtsgang
- 7b
- Siebter Vorwärtsgang
- 8b
- Achter Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- GW1
- Antriebswelle
- GW1-A
- Äußere Schnittstelle der Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW2-A
- Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle
- EM
- Elektrische Maschine
- S
- Stator
- R
- Rotor
- AN
- Anschlusswelle
- K0
- Trennkupplung
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Achsgetriebe
- DW
- Räder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010033134 A1 [0002]
