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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 103 40 733 A1 der Anmelderin beschreibt ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, welches eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sechs drehbaren Wellen sowie sechs Schaltelemente aufweist. Die Antriebswelle ist mit dem Hohlrad eines als Plus-Radsatz ausgebildeten ersten Planetenradsatzes verbunden, während das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verdrehfest mit einem Gehäuse verbunden ist. Der zweite und dritte Planetenradsatz bilden zusammen einen Simpson-Radsatz, wobei dessen Steg-Hohlrad-Koppelung mit der Abtriebswelle ständig verbunden ist. Die Antriebswelle ist über Kupplungen mit den Sonnenrädern und mit dem freien Steg des Simpson-Radsatzes verbindbar. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist über Kupplungen mit den Sonnenrädern und mit dem freien Hohlrad des Simpson-Radsatzes verbindbar. Der freie Steg und das freie Hohlrad des Simpson-Radsatzes sind über zwei Bremsen an das Gehäuse ankoppelbar. Durch selektives paarweises Eingreifen der sechs Schaltelemente sind acht Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle realisierbar sind.
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Die Patentanmeldung
US 2002/0142880 A1 beschreibt in
7 ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit einem ähnlichen Aufbau, wobei der erste Planetenradsatz als Minus-Radsatz ausgebildet ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches mit fünf Schaltelementen zumindest sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle zur Verfügung stellen kann.
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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 ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelemente auf. Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
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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.
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Das Getriebe weist sechs Koppelungen auf. Die erste Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle. Die zweite Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und der Antriebswelle. Die dritte Koppelung besteht zwischen dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und einer Zwischenwelle des Getriebes. Zwei der ersten bis dritten Koppelungen sind als ständige Verbindung ausgebildet. Die verbleibende der ersten bis dritten Koppelungen ist durch eine mittels des vierten Schaltelements schaltbare Verbindung ausgebildet. Das vierte Schaltelement befindet sich daher in einer ersten Ausgestaltung in der Wirkverbindung zwischen dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle. Dabei sind das zweite Element des dritten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle und das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit der Zwischenwelle ständig verbunden. In einer zweiten Ausgestaltung befindet sich das vierte Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und der Antriebswelle. Dabei sind das dritte Element des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle und das erste Element des dritten Planetenradsatzes mit der Zwischenwelle ständig verbunden. In einer dritten Ausgestaltung befindet sich das vierte Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und der Zwischenwelle. Dabei sind das dritte Element des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle ständig verbunden. Durch Schließen des vierten 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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Die vierte Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und einem drehfesten Bauelement des Getriebes, beispielsweise dessen Gehäuse. Die fünfte Koppelung besteht zwischen dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Zwischenwelle. Die sechste Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle. Zwei der vierten bis sechsten Koppelungen sind als ständige Verbindung ausgebildet. Die verbleibende der vierten bis sechsten 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 zweiten Planetenradsatzes und dem drehfesten Bauelement, und wirkt somit als Bremse. Dabei sind das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Zwischenwelle und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle ständig verbunden. In einer zweiten Ausgestaltung befindet sich das zweite Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Zwischenwelle. Dabei sind das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem drehfesten Bauelement und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle ständig verbunden. In einer dritten Ausgestaltung befindet sich das zweite Schaltelement in der Wirkverbindung zwischen dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle. Dabei sind das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem drehfesten Bauelement und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Zwischenwelle ständig verbunden. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird somit eine Abstützung eines der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes bewirkt, wodurch zwischen diesen Elementen Drehmoment übertragen werden kann.
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Die verschiedenen Anordnungen des vierten Schaltelements in den ersten drei Koppelungen und die verschiedenen Anordnungen des zweiten Schaltelements in der vierten bis sechsten Koppelung lassen sich auch miteinander kombinieren. Dadurch werden insgesamt neun mögliche Anordnungsvarianten des zweiten und vierten Schaltelements ermöglicht. Die Zwischenwelle kann je nach Anordnungsvariante mit dem ersten Element des zweiten oder dritten Planetenradsatzes ständig verbunden sein. Befindet sich das vierte Schaltelement in der dritten Koppelung und das zweite Schaltelement in der fünften Koppelung, so ist die Zwischenwelle mit keinem der Elemente des zweiten und dritten Planetenradsatzes verbunden. Die Zwischenwelle würde in diesem Fall eine freie Welle bilden, falls das zweite und vierte Schaltelement zur gleichen Zeit geöffnet wären.
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Durch Schließen des dritten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der Zwischenwelle verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist die Zwischenwelle mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar.
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Erfindungsgemäß ist durch Schließen des ersten Schaltelements die Zwischenwelle drehfest festsetzbar. 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 sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen. Da das zweite 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 bis sechs, da in diesen Gängen das vierte Schaltelement geschlossen ist.
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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 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 bis dritten Vorwärtsgang geschlossen ist. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das zweite Schaltelement daher besonders bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann somit verbessert werden.
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Gemäß einer ersten 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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Gemäß einer zweiten 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 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 möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf. Durch Schließen des sechsten Schaltelements wird das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt. Das sechste Schaltelement kann als formschlüssiges oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Das sechste Schaltelement ermöglicht die Bildung 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 Rückwärtsgang ist durch Schließen des sechsten Schaltelements und des dritten ausbildbar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das vierte Schaltelement in der zweiten Koppelung anzuordnen ist. 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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Vorzugsweise ist das dritte Schaltelement zumindest abschnittsweise radial innerhalb des fünften Schaltelements angeordnet. Das dritte und fünfte Schaltelement befinden sich daher in einer gemeinsamen Ebene normal zur Antriebswellenachse, welche axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz liegt. Eine derartige radiale Schachtelung des dritten und fünften Schalelements ermöglicht eine Verkürzung der axialen Baulänge des Getriebes.
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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 19 schematische Darstellungen von Getrieben gemäß ersten bis neunzehnten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
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20 ein Schaltschema für das Getriebe.
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21 einen Antriebsstrang 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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Eine Antriebswelle GW1 ist mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. 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 Bestandteil des Getriebegehäuses sein, oder mit diesem verbunden sein. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden.
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Das Getriebe G weist ein erstes Schaltelement B1, ein zweites Schaltelement B2, ein drittes Schaltelement K1, ein viertes Schaltelement K2 und ein fünftes Schaltelement K3 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements B1 ist eine Zwischenwelle Z drehfest festsetzbar, wobei die Zwischenwelle Z mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden ist. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 ist das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 ist die Antriebswelle GW1 mit der Zwischenwelle Z verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements K2 ist das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Abtriebswelle GW2 verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements K3 ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Zwischenwelle Z verbindbar.
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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 mit der Antriebswelle GW1, oder wie in 1 dargestellt, mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden. Weist das Getriebe die elektrische Maschine EM auf, so umfasst das Getriebe vorzugsweise auch eine Anschlusswelle AN, welche als Schnittstelle zu einer getriebeexternen Antriebseinheit dient. Die Anschlusswelle AN ist über eine Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar.
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Die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind axial hintereinander in folgender Reihenfolge angeordnet: erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3. Das erste Schaltelement B1, das dritte Schaltelement K1 und das fünfte Schaltelement K3 befinden sich dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2. Das dritte Schaltelement K1 ist radial innerhalb des fünften Schaltelements K3 angeordnet. 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.
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Das Getriebe G weist sechs Koppelungen V1 bis V6 auf. Die erste Koppelung V1 besteht zwischen dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Abtriebswelle GW2. Die zweite Koppelung V2 besteht zwischen dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Antriebswelle GW1. Die dritte Koppelung V3 besteht zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Zwischenwelle Z. Die vierte Koppelung besteht zwischen dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem drehfesten Bauelement GG. Die fünfte Koppelung V5 besteht zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Zwischenwelle Z. Die sechste Koppelung V6 besteht zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Abtriebswelle GW2. Von den drei Koppelungen V1, V2, V3 ist nur eine Koppelung durch eine schaltbare Verbindung gebildet. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die schaltbare Verbindung in der ersten Koppelung V1, welche zwischen dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Abtriebswelle GW2 besteht. Es handelt sich dabei stets um das vierte Schaltelement K2. Die zweite Koppelung V2 und die dritte Koppelung V3 sind im Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als ständige Verbindungen ausgebildet. Von den drei Koppelungen V4, V5, V6 ist ebenso nur eine Koppelung als eine schaltbare Verbindung ausgebildet, in welcher sich das zweite Schaltelement B2 befindet. Im Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel befindet sich das zweite Schaltelement B2 in der vierten Koppelung V4. Die fünfte Koppelung V5 und die sechste Koppelung V6 sind als ständige Verbindungen ausgebildet.
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2 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des vierten Schaltelements K2 wurde verändert, so dass sich das vierte Schaltelement K2 nun in der zweiten Koppelung V2 befindet. Durch Schließen des vierten Schaltelements K2 ist nun die Antriebswelle GW1 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 verbindbar, während das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden ist.
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3 zeigt ein Getriebe G gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen den vorangegangenen Ausführungsbeispielen entspricht. Das vierte Schaltelement K2 befindet sich nun in der dritten Koppelung V3, so dass durch Schließen des vierten Schaltelements K2 das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Zwischenwelle Z verbunden wird. Das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ist dabei mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden, und das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden.
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4 zeigt ein Getriebe G gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des zweiten Schaltelements B2 wurde verändert, so dass durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der Zwischenwelle Z verbunden wird. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich daher nicht mehr in der vierten Koppelung V4, sondern in der fünften Koppelung V5. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist daher ständig drehfest festgesetzt.
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5 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel entspricht. Das zweite Schaltelement B2 ist daher weiterhin in der fünften Koppelung V5 angeordnet. Lediglich die Anordnung des vierten Schaltelements K2 wurde verändert, so dass durch Schließen des vierten Schaltelements K2 die Antriebswelle GW1 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden wird.
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6 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel entspricht. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich daher weiterhin in der fünften Koppelung V5 zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Zwischenwelle Z. Das vierte Schaltelement K2 befindet sich nun in der dritten Koppelung V3, so dass durch Schließen des vierten Schaltelements K2 das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit der Zwischenwelle Z verbunden wird.
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7 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das vierte Schaltelement K2 befindet sich weiterhin in der ersten Koppelung V1 zwischen dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Abtriebswelle GW2. Lediglich die Anordnung des zweiten Schaltelements B2 wurde verändert, so dass durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 nun das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit der Abtriebswelle GW2 verbunden wird. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich daher nun in der sechsten Koppelung V6. Die vierte Koppelung V4 und die fünfte Koppelung V5 sind entsprechend als ständige Verbindungen ausgebildet.
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8 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel entspricht. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich weiterhin in der sechsten Koppelung V6 zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Abtriebswelle GW2. Das vierte Schaltelement K2 befindet sich nun in der zweiten Koppelung V2 zwischen der Antriebswelle GW1 und dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3.
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9 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel entspricht. Das zweite Schaltelement B2 befindet sich daher weiterhin in der sechsten Koppelung V6. Das vierte Schaltelement K2 befindet sich nun in der dritten Koppelung V3 zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und der Zwischenwelle Z.
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10 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander wurde verändert, so dass die äußeren Schnittstellen GW1-A, GW2-A der Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 nun am selben axialen Ende des Getriebes G angeordnet sind. Ausgehend von der äußeren Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1. Die Anordnung des zweiten Schaltelements B2 und des vierten Schaltelements K2 in den sechs Koppelungen V1 bis V6 entspricht dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel. Durch die veränderte Lage der äußeren Schnittstelle GW2-A im Verhältnis zur äußeren Schnittstelle GW1-A ist das Getriebe G gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel für die Anordnung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
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Die 11 bis 18 beschreiben jeweils ein elftes bis achtzehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in denen die Anordnung des zweiten Schaltelements B2 und des vierten Schaltelements K2 in den sechs Koppelungen V1 bis V6 variiert sind, wobei die Anordnung der Getriebeelemente in gleicher Weise gestaltet ist, wie im Ausführungsbeispiel gemäß 10.
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19 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem neunzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches vom in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel abgeleitet ist. Das Getriebe G weist ein sechstes Schaltelement B3 auf, durch dessen Schließen das zweite Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar ist. Die äußere Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ist nun nicht mehr axial außerhalb der drei Planetenradsätze angeordnet, sondern beispielhaft radial außerhalb des zweiten und dritten Planetenradsatzes P2, P3. Das Getriebe G gemäß dem neunzehnten Ausführungsbeispiel ist somit für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
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20 zeigt ein Schaltschema, wobei in den Zeilen des Schaltschemas sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 angegeben sind. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6 geschlossen sind. Im ersten Vorwärtsgang 1 sind das zweite Schaltelement B2 und das dritte Schaltelement K1 geschlossen. Im zweiten Vorwärtsgang 2 sind das zweite Schaltelement B2 und das vierte Schaltelement K2 geschlossen. Im dritten Vorwärtsgang 3 sind das zweite Schaltelement B2 und das fünfte Schaltelement K3 geschlossen. Im vierten Vorwärtsgang 4 sind das vierte Schaltelement K2 und das fünfte Schaltelement K3 geschlossen. Im fünften Vorwärtsgang 5 sind das dritte Schaltelement K1 und das vierte Schaltelement K2 geschlossen. Im sechsten Vorwärtsgang 6 sind das erste Schaltelement B1 und das fünfte Schaltelement K2 geschlossen. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele. Im Schaltschema gemäß 20 ist darüber hinaus das sechste Schaltelement B3 und ein Rückwärtsgang R1 angegeben, welcher durch Schließen des sechsten Schaltelements B3 und des dritten Schaltelements K1 bildbar ist. Dieser Rückwärtsgang R1 bezieht sich auf das Ausführungsbeispiel gemäß 19
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Die Getriebe G gemäß dem ersten bis achtzehnten Ausführungsbeispiel weisen keinen mechanischen Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 auf. Weist das Getriebe G die elektrische Maschine EM auf, so kann eine Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle GW2 durch Antreiben der Antriebswelle GW1 mittels der elektrischen Maschine EM entgegen einer Vorzugsdrehrichtung erfolgen, wobei einer der Vorwärtsgänge 1 bis 6 einzulegen ist. Um eine mit der Anschlusswelle AN verbundene getriebeexterne Antriebseinheit dabei nicht mitzuschleppen, ist die Trennkupplung K0 dabei zu öffnen.
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In sämtlichen Ausführungsbeispielen des Getriebes G sind die fünf Schaltelemente schematisch als kraftschlüssige Lamellenschaltelemente abgebildet. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der fünf Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 kann als formschlüssiges Schaltelement oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Das zweite Schaltelement B2 eignet sich dabei besonders zur Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement, da es bei einem Schaltvorgang in einen höheren Gang lediglich geöffnet, aber nicht geschlossen werden muss.
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21 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 20 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
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW1-A
- Äußere Schnittstelle der Antriebswelle
- GW2-A
- Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle
- B1
- Erstes Schaltelement
- B2
- Zweites Schaltelement
- K1
- Drittes Schaltelement
- K2
- Viertes Schaltelement
- K3
- Fünftes Schaltelement
- B3
- Sechstes Schaltelement
- V1
- Erste Koppelung
- V2
- Zweite Koppelung
- V3
- Dritte Koppelung
- V4
- Vierte Koppelung
- V5
- Fünfte Koppelung
- V6
- Sechste Koppelung
- Z
- Zwischenwelle
- 1 bis 6
- Erster bis Sechster Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- S
- Stator
- R
- Rotor
- EM
- Elektrische Maschine
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- K0
- Trennkupplung
- DW
- Räder
- AN
- Anschlusswelle
- AG
- Achsgetriebe
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10340733 A1 [0002]
- US 2002/0142880 A1 [0003]
