DE102015223294A1

DE102015223294A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe

Info

Publication number: DE102015223294A1
Application number: DE102015223294.8A
Authority: DE
Inventors: Viktor Warth; Uwe Griesmeier; Martin Brehmer; Peter Ziemer; Johannes Kaltenbach; Stefan Beck; Raffael Kuberczyk; Michael Wechs; Stephan Scharr; Eckehard Münch; Bernd Knöpke; Matthias Horn; Jens Moraw; Julian King; Juri Pawlakowitsch; Gerhard Niederbrucker
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), drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) sowie zumindest fünf Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3) aufweist, wobei durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3) sechs Vorwärtsgänge (1–6) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe.

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 199 12 480 A1 der Anmelderin beschreibt ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe, welches drei Planetenradsätze sowie drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen aufweist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine alternative Ausführungsform zu dem im Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeuggetriebe bereitzustellen, welches ebenso dazu imstande ist mittels drei Planetenradsätze und fünf Schaltelemente sechs Vorwärtsgänge zu bilden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das erfindungsgemäße Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, drei Planetenradsätze, sowie ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes 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.
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.
Die Antriebswelle ist mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und mit dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die Abtriebswelle ist mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig drehfest festgesetzt. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes entweder ständig verbunden oder verbindbar.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar, indem es über das erste Schaltelement mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden wird, beispielsweise mit dem Getriebegehäuse. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes in gleicher Weise drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar.
Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente weist eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.
Durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente sind sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird zumindest durch Schließen des ersten gebildet. Vorzugsweise ist dabei auch das zweite Schaltelement zu schließen, um die Drehzahlverhältnisse des zweiten Planetenradsatzes festzulegen. 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 dritten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge 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 drei und fünf, da in diesen Gängen das dritte Schaltelement geschlossen ist. Ebenso ist ein solcher direkter Schaltvorgang zwischen den Vorwärtsgängen zwei und vier, bzw. zwischen den Vorwärtsgängen vier und sechs möglich, da in diesen Gängen das vierte Schaltelement geschlossen ist.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe ein sechstes Schaltelement auf, durch dessen Schließen das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar ist. Darüber hinaus weist das Getriebe neben dem sechsten Schaltelement ein siebentes Schaltelement auf, durch dessen Schließen das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar ist. Diese beiden optionalen zusätzlichen Schaltelemente ermöglichen 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 ergibt sich durch Schließen des siebenten Schaltelements, des vierten Schaltelements, und des fünften Schaltelements. Die übrigen an der Vorwärtsgangbildung beteiligten Schaltelemente sind dabei geöffnet, ebenso das sechste Schaltelement.
Das sechste Schaltelement ist in den sechs Vorwärtsgängen zu schließen, sodass das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in den sechs Vorwärtsgängen miteinander verbunden ist. Dies ist für die Gangbildung in den Vorwärtsgängen eins und vier nicht zwingend erforderlich. Ein Geschlossenhalten des sechsten Schaltelements in allen sechs Vorwärtsgängen ist dennoch zu bevorzugen, um den Gangwechsel in den Vorwärtsgängen zu erleichtern.
Vorzugsweise sind das sechste und siebente Schaltelement als ein doppeltwirkendes Klauenschaltelement ausgebildet. Das sechste und siebente Schaltelement sind demnach als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, die durch einen einzigen Aktuator betätigbar sind. Ist das sechste Schaltelement geschlossen, so ist das siebente Schaltelement geöffnet, und umgekehrt. In einer Mittelstellung können auch beide Schaltelemente geöffnet sein. Eine solche Mittelstellung erleichtert den Umschaltvorgang.
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 Vorwärtsgang geschlossen ist. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das erste Schaltelement daher überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann somit verbessert werden. Auch die Ausbildung des zweiten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement kann vorteilhaft sein, da es bei einem Schaltvorgang in einen höheren Gang nur geöffnet, aber nie geschlossen werden muss. Das zweite Schaltelement ist zudem lediglich im ersten bis dritten Vorwärtsgänge geschlossen. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das zweite Schaltelement daher in hohen Gängen, beispielsweise bei einer Autobahnfahrt, überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann somit weiter verbessert werden.
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.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind äußere Schnittstellen der Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet, wobei von den drei Planetenradsätzen dabei 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 Hauptachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann beispielsweise das Achsdifferential eines Antriebsstrangs angeordnet sein. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
Vorzugsweise sind sämtliche Planetenradsätze als Minus-Radsätze ausgebildet, wodurch ein guter mechanischer Wirkungsgrad sowie ein kompakter Aufbau des Getriebes begünstigt werden.
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.
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.
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 erste oder zweite Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet wird. Durch Schlupfbetrieb des ersten oder zweiten Schaltelements ist ein Anfahrvorgang im ersten Vorwärtsgang möglich. Somit kann ein separates Anfahrelement entfallen. Für einen Anfahrvorgang im optionalen Rückwärtsgang ist vorzugsweise das vierte oder fünfte Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet.
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.
1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
3 zeigt ein Schaltschema für die Getriebe des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels.
4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
5 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
6 zeigt einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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.
Eine Antriebswelle GW1 ist mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist ständig drehfest festgesetzt, indem es mit einem drehfesten Bauelement GG verbunden ist. Das drehfeste Bauelement GG kann beispielsweise durch ein Gehäuse des Getriebes G gebildet sein. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden.
Das Getriebe G weist ferner 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 das dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar und damit auch das damit verbundene zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 ist das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festsetzbar. Das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 wirken somit als Bremsen. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 ist die Antriebswelle GW1 mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements K2 ist das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 und damit auch mit der Abtriebswelle GW2 verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements K3 ist das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar. Das dritte, vierte und fünfte Schaltelement K1, K2, K3 wirken somit als Kupplungen.
Die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind axial hintereinander in folgender 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 ist daher für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geeignet, welcher parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
Das Getriebe G kann optional eine elektrische Maschine EM aufweisen, welche einen drehfesten Stator S und einen drehbaren Rotor R umfasst. Der Rotor R kann dabei mit der Antriebswelle GW1 oder, wie in 1 dargestellt, mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig verbunden sein. Bei Verwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang kann ein Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs durch Antreiben der Antriebswelle GW1 mittels der elektrischen Maschine EM entgegen einer Vorzugsrichtung der Antriebswelle GW1 erfolgen. Weist das Getriebe G die elektrische Maschine EM auf, so umfasst das Getriebe G bevorzugt eine Trennkupplung K0, welche die Antriebswelle GW1 mit einer Anschlusswelle AN schaltbar verbindet. Dadurch kann eine getriebeexterne Antriebseinheit von der Antriebswelle GW1 entkoppelt werden, falls das Getriebe G das Kraftfahrzeug allein mittels der elektrischen Maschine EM antreibt. Eine Ausgangswelle der getriebeexternen Antriebseinheit ist dann mit der Anschlusswelle AN verbunden.
2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem im 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die geometrische Anordnung der Getriebekomponenten wurde verändert, so dass nun der dritte Planetenradsatz P3 den axial kürzesten Abstand zur äußeren Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 aufweist. Die äußere Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ist nun am selben axialen Ende des Getriebes G angeordnet, wie die äußere Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1. An der äußeren Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ist eine nicht dargestellte Verzahnung ausgebildet, welche mit einer Verzahnung einer nicht dargestellten, zur Hauptachse des Getriebes G achsparallel ausgerichteten Welle kämmt. Das Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist daher für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ausgebildet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die elektrische Maschine EM ist wiederum optional anzusehen und kann wie in 2 abgebildet an das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 oder an die Antriebswelle GW1 angebunden sein. Weist das Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die elektrische Maschine EM auf, so ist vorzugsweise auch die Trennkupplung K0 und die Anschlusswelle AN vorzusehen.
3 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G, welches sowohl für das erste als auch für das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 angegeben. 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.
4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem im 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist ein sechstes Schaltelement K4 und ein siebentes Schaltelement B3 auf. Durch Schließen des sechsten Schaltelements K4 wird das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden. Durch Schließen des siebenten Schaltelements B3 wird das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt. Das sechste und siebente Schaltelement K4, B3 ist als ein doppeltwirkendes Klauenschaltelement ausgebildet. Durch einen einzigen, nicht dargestellten Aktor kann das Klauenschaltelement so betätigt werden, dass entweder das sechste oder das siebente Schaltelement K4, B3 geschlossen ist, oder auch keines dieser beiden Schaltelemente. Die räumliche Anordnung des sechsten und siebenten Schaltelements K4, B3 ist lediglich beispielhaft anzusehen. Bevorzugt ist das doppeltwirkende Klauenschaltelement an einem möglichst kleinen Wirkradius angeordnet, vorzugsweise nahe dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2.
Das Getriebe G mit dem sechsten und siebenten Schaltelement K4, B3 kann auch mit einem Aufbau gemäß dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. Der Übersichtlichkeit halber ist dies nicht in den Figuren dargestellt.
5 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G, welches für das dritte Ausführungsbeispiel anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 angegeben und ein Rückwärtsgang R1 angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3, K4, B3 in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6, bzw. Rückwärtsgang R1 geschlossen sind.
6 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 6 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM kann wie in 6 dargestellt über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS über eine Trennkupplung K0 oder 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.
Die Schaltelemente B1, K1, K2, K3 beziehungsweise die Trennkupplung K0 sind in sämtlichen Ausführungsbeispielen als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der Schaltelemente B1, K1, K2, K3, beziehungsweise die Trennkupplung K0 kann auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, wobei sich dazu insbesondere das erste Schaltelement B1 eignet. Ein als Anfahrelement des Getriebes G dienendes Schaltelement muss zwangsläufig als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
Bezugszeichen

G

Getriebe

GG

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

K4

Sechstes Schaltelement

B3

Siebentes Schaltelement

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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19912480 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (B1, B2, K1, K2, K3) aufweist, wobei die Planetenradsätze (P1, P2, P3) je ein erstes Element (E11, E12, E13), ein zweites Element (E21, E22, E23) und ein drittes Element (E31, E32, E33) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12, E13) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22, E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32, E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, – wobei die Antriebswelle (GW1) mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und mit dem ersten Element (E13) des als Minus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei die Abtriebswelle (GW2) mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig drehfest festgesetzt ist, – wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden oder verbindbar ist, – wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (B1) das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (K2) das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit der Abtriebswelle (GW2) verbindbar ist, – und wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (K3) das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3) sechs Vorwärtsgänge (1–6) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich – der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen zumindest des ersten Schaltelements (B1), – der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des vierten Schaltelements (K2), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des dritten Schaltelements (K1), – der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des vierten Schaltelements (K2), – der fünfte Vorwärtsgang (5) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des fünften Schaltelements (K3), und – der sechste Vorwärtsgang (6) sich durch Schließen des vierten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (K3) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) durch ein sechstes Schaltelement (K4) miteinander verbindbar sind, wobei das Getriebe (G) neben dem sechsten Schaltelement (K4) ein siebentes Schaltelement (B3) aufweist, wobei durch Schließen des siebenten Schaltelements (B3) das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 3 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste Schaltelement (K4) im ersten bis sechsten Vorwärtsgang (1–6) geschlossen ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des siebenten Schaltelements (B3), des vierten Schaltelements (K2) und des fünften Schaltelements (K3) bildbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das sechste und siebente Schaltelement (K4, B3) als ein doppeltwirkendes Klauenschaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B2) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der dritte Planetenradsatz (P3) den größten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der dritte Planetenradsatz (P3) den kürzesten axialen Abstand zur äußeren Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradsätze (P1, P2, P3) als Minus-Radsätze ausgebildet sind.
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) entweder mit der Antriebswelle (GW1) oder mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 12, 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 13 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.