DE102015226301A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Johannes GLÜCKLER
Rayk GERSTEN
Stefan Renner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Hauptgetriebe (HG) mit zwei Teilgetrieben, welchen jeweils je eine Getriebeeingangswelle (11, 12) zugeordnet ist und die jeweils mindestens eine Radebene (R1, R2, R3, R4) aufweisen. Dabei sind die Getriebeeingangswellen (11, 12) jeweils mittels je eines Schaltelements (C, D) mit einer koaxial liegenden und eine Antriebsseite (AN) bildenden Antriebswelle (5) verbindbar, wodurch ein Kraftfluss von der Antriebsseite (AN) über das jeweilige Teilgetriebe zu einer gemeinsamen Abtriebsseite (AB) geführt werden kann. Ferner ist die Getriebeeingangswelle (11) des ersten Teilgetriebes axial zwischen der Antriebswelle (5) und der Abtriebsseite (AB) liegend angeordnet. Um nun eine Koppelung der Teilgetriebe untereinander bei gleichzeitig niedrigem Herstellungsaufwand zu ermöglichen, sind die Schaltelemente (C, D) axial zwischen der mindestens einen Radebene (R3, R4) des ersten Teilgetriebes und der mindestens einen Radebene (R1, R2) des zweiten Teilgetriebes platziert. Zudem ist die Getriebeeingangswelle (12) des zweiten Teilgetriebes als axial mit der Antriebswelle (5) überdeckende und umliegend zur Antriebswelle (5) liegende Hohlwelle ausgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Hauptgetriebe mit zwei Teilgetrieben, welchen jeweils je eine Getriebeeingangswelle zugeordnet ist und die jeweils mindestens eine Radebene aufweisen, wobei die Getriebeeingangswellen jeweils mittels je eines Schaltelements mit einer koaxial liegenden und eine Antriebsseite bildenden Antriebswelle verbindbar und hierdurch ein Kraftfluss von der Antriebsseite über das jeweilige Teilgetriebe zu einer gemeinsamen Abtriebsseite führbar ist, und wobei die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes axial zwischen der Antriebswelle und der Abtriebsseite liegend angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen ein vorgenanntes Getriebe aufweisenden Kraftfahrzeugantriebsstrang.
  • Getriebe finden unter anderem bei Kraftfahrzeugen Anwendung, um eine Antriebsdrehzahl und ein -drehmoment einer Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeuges zur Darstellung eines geeigneten Fahrbereichs zu übersetzen. Hierzu wird ein Getriebe üblicherweise mehrgängig ausgeführt, es können also mehrere unterschiedliche Gänge und damit Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite des Getriebes durch entsprechende Betätigung von Schaltelementen geschaltet werden. Bei den Schaltelementen handelt es sich dann um Kupplungen oder auch Bremsen.
  • Im Bereich der Nutzfahrzeuge werden Getriebe zudem häufig als automatisierte Kraftfahrzeuggetriebe ausgeführt, die zur Darstellung einer großen Anzahl an schaltbaren Gängen zumeist in Gruppenbauweise verwirklicht werden und sich aus der Kombination eines Hauptgetriebes mit häufig einer vor- oder nachgeschalteten Splitgruppe, sowie einer nachgeschalteten Bereichsgruppe zusammensetzen. Ferner wird im Bereich des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes dann zum Teil auch eine Hybridisierung vorgenommen, indem eine Elektromaschine entweder mit in das Getriebegehäuse integriert oder zumindest unmittelbar an dem Getriebe vorgesehen wird. An der jeweiligen Stelle fungiert die Elektromaschine dann je nach konkreter Einbindung als Generator zur Rekuperation von Bremsenergie, als Elektromotor zur Unterstützung einer dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine, der Unterstützung von Synchronisierungsvorgängen im Getriebe und/oder auch zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens des Kraftfahrzeuges. Häufig wird eine Elektromaschine dabei antriebsseitig des Hauptgetriebes vorgesehen und mit einer Vorübersetzungsstufe kombiniert, um einen geeigneten Arbeitsbereich der Elektromaschine realisieren zu können.
  • Aus der DE 10 2012 217 503 A1 geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, welches ein zwei Teilgetriebe aufweisendes Hauptgetriebe umfasst. Den Teilgetrieben des Hauptgetriebes ist dabei jeweils je eine Getriebeeingangswelle zugeordnet, wobei jedes Teilgetriebe je zwei Radebenen aufweist, über welche jeweils ein Kraftfluss von einer gemeinsamen Antriebswelle zu einer gemeinsamen Abtriebswelle geführt werden kann. Das jeweilige Teilgetriebe wird dabei dadurch in den Kraftfluss eingebunden, indem die jeweils zugehörige Getriebeeingangswelle über ein je zugeordnetes Schaltelement drehfest mit der Antriebswelle verbunden wird. Die Getriebeeingangswellen der Teilgetriebe liegen dabei koaxial zu der Antriebswelle, wobei die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes dabei als Vollwelle stirnseitig zur Antriebswelle und zwischen dieser und der gemeinsamen Abtriebswelle liegend vorgesehen ist, wohingegen die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes als Hohlwelle umgibt. Die die Teilgetriebe jeweils einbindenden Schaltelemente sind zudem in einer ersten Variante zu einer Doppelkupplung zusammengefasst, während bei einer zweiten, hybridisierten Variante die Schaltelemente als räumlich voneinander getrennte Schaltelemente vorliegen.
  • Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe zu schaffen, bei welchem eine Koppelung der Teilgetriebe untereinander zur entsprechenden Erhöhung der Anzahl an darstellbaren Gängen bei gleichzeitig niedrigem Herstellungsaufwand möglich sein soll.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, welcher ein entsprechendes Getriebe umfasst, ist ferner Gegenstand von Anspruch 12.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe ein Hauptgetriebe mit zwei Teilgetrieben, welchen jeweils je eine Getriebeeingangswelle zugeordnet ist und die jeweils mindestens eine Radebene aufweisen. Dabei können die Getriebeeingangswellen jeweils mittels je eines Schaltelements mit einer gemeinsamen, koaxial liegenden und eine Antriebsseite bildenden Antriebswelle verbunden werden, wobei hierdurch ein Kraftfluss von der Antriebsseite über das jeweilige Teilgetriebe zu einer gemeinsamen Abtriebsseite führbar ist. Die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes ist hierbei axial zwischen der Antriebswelle und der Abtriebsseite liegend angeordnet.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe weist also ein Hauptgetriebe mit zwei Teilgetrieben auf, über welche jeweils ein Kraftfluss von einer gemeinsamen Antriebsseite zu einer gemeinsamen Abtriebsseite geführt werden kann. Jedes der Teilgetriebe verfügt dabei über mindestens eine Radebene, um jeweils eine entsprechende Übersetzung einer antriebsseitig eingeleiteten Drehbewegung hin zu der Abtriebsseite vorzunehmen. Erfindungsgemäß ist dabei unter einer „Radebene“ eine Ebene des Getriebes zu verstehen, in welcher ein oder auch mehrere Übersetzungsstufen vorgesehen sind, über welche eine Übersetzung von Drehbewegungen zwischen achsparallel liegenden Wellen realisiert wird. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei bei den Übersetzungsstufen um Stirnradstufen, welche sich jeweils aus einem antriebsseitigen Stirnrad und einem abtriebsseitigen Stirnrad zusammensetzen, die untereinander kämmen. Im Falle einer Anordnung mehrerer Übersetzungsstufen in eine Radebene können diese Stirnradstufen aber auch ein gemeinsames antriebsseitiges Stirnrad oder ein gemeinsames abtriebsseitiges Stirnrad aufweisen.
  • Erfindungsgemäß ist die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes axial zwischen der Antriebswelle und der gemeinsamen Abtriebsseite liegend angeordnet, d. h. sie liegt stirnseitig zu der koaxialen Antriebswelle. Hierbei ist die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes bevorzugt als Vollwelle realisiert, sie kann im Sinne der Erfindung aber auch als Hohlwelle ausgeführt sein, die dann umliegend zu einer radial innenliegenden Komponente, wie beispielsweise einer weiteren Welle, des Getriebes läuft.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Schaltelemente, über welche die Getriebeeingangswellen jeweils mit der koaxial liegenden Antriebswelle verbunden werden können, axial zwischen der mindestens einen Radebene des ersten Teilgetriebes und der mindestens einen Radebene des zweiten Teilgetriebes platziert sind, wobei die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes als axial mit der Antriebswelle überdeckende und umliegend zur Antriebswelle liegende Hohlwelle ausgeführt ist. Mit anderen Worten sind also die Schaltelemente, über welche die Getriebeeingangswellen der Teilgetriebe jeweils mit der Antriebswelle des Getriebes verbunden werden können, axial zwischen der mindestens einen Radebene des einen Teilgetriebes und der mindestens einen Radebene des anderen Teilgetriebes vorgesehen, eine Einbindung der Teilgetriebe in den Kraftfluss findet also räumlich zwischen der letzten Radebene des einen Teilgetriebes und der axial hierauf folgenden ersten Radebene des anderen Teilgetriebes statt. Um die Einbindung der Teilgetriebe vornehmen zu können, ist die Antriebswelle entsprechend axial in diesen Bereich geführt, wobei die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes in der Folge als Hohlwelle ausgeführt sein muss, welche axial überdeckend und radial umliegend zur Antriebswelle liegt.
  • Eine derartige Ausgestaltung eines Getriebes hat dabei den Vorteil, dass durch die axiale Verlagerung der Schaltelemente weiter in das Hauptgetriebe hinein eine Doppelkupplung am Getriebeeingang entfallen kann und für die Betätigung der Schaltelemente auf eine dem Hauptgetriebe zugeordnete Aktuatorik zurückgegriffen werden kann. Da die stirnseitig der Antriebswelle liegende Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes dabei als freie Welle vorliegt, d.h. sie kann sowohl von der Antriebsseite als auch von der Abtriebsseite entkoppelt werden, kann jedoch nach wie vor eine Koppelung der Teilgetriebe untereinander realisiert werden. Damit lässt sich die Anzahl an darstellbaren Gängen entsprechend vergrößern. Insbesondere können hierdurch sogenannte Overdrive-Gänge (OD-Gänge) des Getriebes realisiert werden. Insgesamt lässt sich also ein Getriebe mit einer hohen Anzahl an darstellbaren Gängen bei gleichzeitig niedrigem Herstellungsaufwand realisieren.
  • Im Unterschied dazu sind die die Teilgetriebe einbindenden Schaltelemente bei der DE 10 2012 217 503 A1 in einer ersten Variante zu einer Doppelkupplung zusammengefasst, welche im Bereich des Getriebeeingangs des Getriebes vorgesehen ist. Dies erhöht den Herstellungsaufwand entsprechend, da hier nicht auf eine Aktuatorik des Hauptgetriebes zurückgegriffen werden kann. Bei einer zweiten, hybridisierten Variante ist hingegen eine Teilgetriebekoppelung nicht möglich, da in diesem Fall für eine Kraftflussführung zu einer Abtriebsseite stets die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes mit der Antriebswelle zu verbinden ist. So ist die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes für die Nutzung der Radebenen des zweiten Teilgetriebes drehfest mit der Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes zu verbinden. Eine Kraftflussführung unter Nutzung von Radebenen beider Teilgetriebe ist in diesem Fall also nicht möglich.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist zudem eine Elektromaschine mit Planetengetriebe vorgesehen, welches als Elemente ein Hohlrad, einen Planetensteg und ein Sonnenrad aufweist. Von diesen Elementen des Planetengetriebes ist dann ein erstes Element mit einem Rotor der Elektromaschine und ein zweites Element mit der Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes drehfest verbunden. Das Getriebe ist also in diesem Fall hybridisiert, indem antriebsseitig eine Elektromaschine vorgesehen ist, über welche Hybridfunktionen des Getriebes verwirklicht werden können. Über das Planetengetriebe wird dabei eine Vorübersetzung realisiert, so dass die Elektromaschine mit einem niedrigeren Drehmoment, dafür aber höherer Drehzahl ausgelegt werden kann, was den Herstellungsaufwand reduziert. Allerdings kann ein Planetengetriebe hier auch gänzlich entfallen, wobei die Elektromaschine dann entsprechend mit höherem Drehmoment auszulegen ist.
  • Das die Elektromaschine einbindende Planetengetriebe umfasst als Elemente ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetensteg, wobei das Planetengetriebe im Sinne der Erfindung dabei bevorzugt als Minusplanetensatz verwirklicht ist. Dabei trägt der Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder, die jeweils im Einzelnen sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen. Ggf. könnte das Planetengetriebe aber auch als Plusplanetensatz verwirklicht sein, wobei der Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, wobei bei dem mindestens einen Planetenradpaar ein Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad kämmt, sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen. Im Vergleich zu einer Ausführung als Minusplanetensatz wäre dann zur Darstellung gleicher Verhältnisse die Hohlradanbindung mit der Planetensteganbindung zu tauschen und zudem eine Standübersetzung des Planetengetriebes um eins zu erhöhen.
  • Aufgrund der Anbindung der Elektromaschine an die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes kann durch drehfeste Koppelung der Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes mit der Antriebswelle eine Verbindung der Elektromaschine mit der dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine hergestellt werden, bei welcher es sich bevorzugt um einen Verbrennungsmotor handelt. Bei dieser Verbindung kann als Funktion zum einen ein Starten des Verbrennungsmotors über die Elektromaschine realisiert werden oder aber auch bei einer Schaltung des Getriebes in neutral ein Antreiben der Elektromaschine über den Verbrennungsmotor verwirklicht werden, um im Stillstand des Kraftfahrzeuges Strom zu erzeugen. Im erstgenannten Fall arbeitet die Elektromaschine also elektromotorisch, während sie im zweitgenannten Fall generatorisch betrieben wird.
  • Ferner kann hierdurch in den dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Gängen ein rein elektrisches Fahren realisiert werden, wobei die Übersetzungsverhältnisse dieser Gänge dabei auch für eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges genutzt werden können, indem die Elektromaschine eine entgegengesetzte Drehbewegung einleitet.
  • Schließlich kann die Elektromaschine über das zweite Teilgetriebe die Zugkraft stützen, während ein Gangwechsel in einen Zielgang des ersten Teilgetriebes vollzogen wird, wobei dann im zweiten Teilgetriebe nicht zeitgleich ein Gangwechsel stattfinden darf. Ebenso kann über die Antriebsmaschine, also bevorzugt den Verbrennungsmotor, ein Stützen der Zugkraft realisiert werden, wenn im zweiten Teilgetriebe ein Gangwechsel vollzogen wird, wobei sich für das Stützen der Zugkraft einer der Gänge des ersten Teilgetriebes bedient wird. Auch hierbei darf nicht zeitgleich ein Gangwechsel im ersten Teilgetriebe stattfinden.
  • In Weiterbildung der Ausführungsform, bei welcher eine Elektromaschine mit Planetengetriebe vorgesehen ist, ist dann das dritte Element des Planetengetriebes an einem Gehäuse festgesetzt. Hierdurch kann eine feste Vorübersetzung für die Elektromaschine realisiert werden, wobei bei dieser Variante bevorzugt das erste Element des Planetengetriebes durch den Planetensteg, das zweite Element durch das Sonnenrad und das dritte Element durch das Hohlrad gebildet ist.
  • Weiter bevorzugt ist das erste Element des Planetengetriebes zudem über ein Schaltelement mit der Antriebswelle drehfest koppelbar. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch mechanische Rückwärtsgänge für einen Betrieb über die Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges realisiert werden können, wobei hierzu die Gänge des zweiten Teilgetriebes und die zusätzliche Untersetzung des Planetengetriebes der Elektromaschine genutzt werden. Eine derartige Ausgestaltung ist dabei auch bei entfallender Elektromaschine denkbar, d. h. in diesem Fall ist das zweite Element lediglich über das Schaltelement mit der Antriebswelle drehfest koppelbar und nicht zusätzlich mit einem Rotor der Elektromaschine verbunden.
  • Im Sinne der Erfindung kann das Schaltelement, über welches das zweite Element des Planetengetriebes drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt werden kann, auch dazu genutzt werden, um eine Drehzahl der Elektromaschine abzusenken. Hierzu wird ein im zweiten Teilgetriebe aktuell geschalteter Gang ausgelegt, indem ein entsprechendes Schaltelement geöffnet und im Folgenden das Schaltelement für die drehfeste Koppelung des zweiten Elements des Planetengetriebes mit der Antriebswelle geschlossen wird. Die Elektromaschine dreht danach gleich schnell wie die dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine, eine Vorübersetzung des Planetengetriebes ist nicht wirksam. Dies hat geringere Nulllastverluste an der Elektromaschine zur Folge und verbessert bei einer Lastpunktanhebung der Antriebsmaschine den mechanischen Wirkungsgrad, da die Elektromaschine und die Antriebsmaschine direkt miteinander verbunden sind und ein zusätzliches Drehmoment der Antriebsmaschine zu der Elektromaschine nicht über eine Verzahnung geleiltet wird.
  • Alternativ zu der vorgenannten Weiterbildung ist das dritte Element des Planetengetriebes zum einen über ein Schaltelement an einem Gehäuse des Getriebes festsetzbar und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements drehfest mit der Antriebswelle verbindbar. Durch Festsetzen des dritten Elements des Planetengetriebes am Gehäuse wirkt das Planetengetriebe als feste Vorübersetzung für die Elektromaschine, so dass die Elektromaschine mit einem niedrigeren Drehmoment und einer höheren Drehzahl ausgelegt werden kann. Durch drehfeste Koppelung des dritten Elements mit der Antriebswelle kann das Planetengetriebe hingegen als Überlagerungsgetriebe wirken, indem das dritte Element dann effektiv mit der dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine, die Elektromaschine mit dem zweiten Element und die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes mit dem ersten Element des Planetengetriebes verbunden ist.
  • Im letztgenannten Fall kann dadurch ein elektrodynamisches Anfahren (EDA) realisiert werden, wobei dazu im Hauptgetriebe ein Anfahrgang eingelegt wird und sich im Folgenden die Drehmomentverhältnisse am Planetengetriebe aufsummieren, also ein Drehmoment der Antriebsmaschine mit einem Drehmoment der Elektromaschine überlagert wird. Dabei wird eine Drehzahl der rückwärtsdrehenden Elektromaschine geändert, bis sich am Planetengetriebe ein Blockumlauf einstellt. Das Anfahren kann dann beendet werden, indem die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes durch Betätigen des entsprechenden Schaltelements mit der Antriebswelle verbunden wird, was ein Verblocken des Planetengetriebes zur Folge hat.
  • Ferner kann durch die drehfeste Koppelung des dritten Elements des Planetengetriebes mit der Antriebswelle als Funktion ein elektrodynamisches Schalten (EDS) realisiert werden. Hierzu muss einer dem zweiten Teilgetriebe zugeordneter Gang eingelegt sein, welcher als Stützgang fungiert, über den der Kraftfluss während der Lastschaltung geleitet wird. Dieser Stützgang kann identisch mit dem aktuellen Istgang oder einem Zielgang sein, muss aber nicht einem dieser beiden entsprechen. Zunächst werden in einer Lastübernahmephase die Drehmomente an Antriebsmaschine und Elektromaschine so eingestellt, dass es der Standgetriebeübersetzung des Planetengetriebes entspricht. In der Folge ergibt sich nur noch ein Kraftfluss über das erste Element des Planetengetriebes und den Stützgang, während alle anderen Gangschaltelemente lastfrei werden. In der Folge wird dann das lastfrei gewordene Schaltelement des Istganges ausgelegt, wobei im Folgenden die Drehzahlen von Antriebsmaschine und Elektromaschine so geregelt werden, dass das einzulegende Schaltelement des Zielganges synchron wird. Ist dies erreicht, so wird das Schaltelement des Zielganges eingelegt, womit die Schaltung abgeschlossen ist und die Last an der Elektromaschine bedarfsweise abgebaut werden kann. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement im Rahmen des elektrodynamischen Schaltens im Zusammenspiel von Elektromaschine und Antriebsmaschine synchronisiert wird, wobei die Elektromaschine gut regelbar ist. Des Weiteren kann hierbei eine hohe Zugkraft erreicht werden, da sich die Drehmomente von Antriebsmaschine und Elektromaschine am Planetengetriebe aufsummieren.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist eine Bereichsgruppe mit einem Planetengetriebe vorgesehen, welches als Elemente ein Hohlrad, einen Planetensteg und ein Sonnenrad aufweist, wobei von diesen Elementen ein erstes Element mit einer Getriebeausgangswelle des Hauptgetriebes und ein zweites Element mit einer die Abtriebsseite bildenden Abtriebswelle drehfest verbunden ist, wohingegen ein drittes Element des Planetengetriebes zum einen über ein Schaltelement an einem Gehäuse festsetzbar und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements drehfest mit dem ersten oder dem zweiten Element des Planetengetriebes verbindbar ist. Im letztgenannten Fall wird dementsprechend ein Verblocken des Planetengetriebes hervorgerufen. Durch Vorsehen einer Bereichsgruppe, was alternativ, bevorzugt aber ergänzend zu einer Anordnung der Elektromaschine mit Planetengetriebe vorgenommen wird, kann die Anzahl an darstellbaren Gänge des Getriebes verdoppelt werden, indem durch Festsetzen des dritten Elements am Gehäuse ein langsamer Bereich und durch Verblocken des Planetengetriebes ein schneller Bereich der Bereichsgruppe definiert wird.
  • In Kombination mit einer Elektromaschine kann zudem ein zugkraftunterbrechungsfreies Umschalten in der Bereichsgruppe realisiert werden, indem über die Elektromaschine ein aktives Synchronisieren des zu schließenden, das Planetengetriebe verblockenden Schaltelements vorgenommen wird.
  • Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das Hauptgetriebe mindestens eine Vorgelegewelle umfasst, die achsparallel zu den Getriebeeingangswellen der Teilgetriebe liegt und über die jeweils mindestens eine Radebene mit der jeweiligen Getriebeeingangswelle koppelbar ist. Das Hauptgetriebe wird also in Vorgelegewellenbauweise ausgeführt, wobei hierbei ein oder auch mehrere Vorgelegewellen vorgesehen sein können. Bei Führen des Kraftflusses über die jeweilige Radebene wird der Kraftfluss dann über die eine oder auch die mehreren Vorgelegewellen geführt, wobei bei mehreren Vorgelegewellen in einer Radebene dabei bevorzugt auf der jeweiligen Getriebeeingangswelle ein gemeinsames antriebsseitiges Stirnrad sitzt. Weiter bevorzugt sitzen Schaltelemente der Radebenen bevorzugt alle auf den Getriebeeingangswellen, während Stirnräder auf der oder den Vorgelegewellen jeweils als Festräder ausgestaltet sind. Prinzipiell könnten den Teilgetrieben aber auch jeweils eine oder mehrere Vorgelegewellen zugeordnet sein.
  • Im Rahmen einer Kombination der beiden unmittelbar vorstehend beschriebenen Varianten der Erfindung umfasst die mindestens eine Vorgelegewelle je eine Abtriebskonstante, deren abtriebsseitiges Stirnrad zum einen über ein Schaltelement mit der Getriebeausgangswelle des Hauptgetriebes und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements mit dem zweiten Element der Planetengetriebe der Bereichsgruppe drehfest verbunden werden kann. Vorteilhafterweise kann hierdurch bei Kombination mit einer Elektromaschine eine Stützung der Zugkraft über die Elektromaschine realisiert werden, während in der Bereichsgruppe lastfrei umgeschaltet wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes über ein Schaltelement drehfest mit einer koaxial liegenden Getriebeausgangswelle des Hauptgetriebes drehfest verbindbar. Hierdurch kann ein direkter Durchtrieb im Hauptgetriebe verwirklicht werden, indem die Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes und die Getriebeausgangswelle direkt drehfest miteinander gekoppelt werden.
  • Die direkte Koppelungsmöglichkeit der Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes mit der koaxial liegenden Getriebeausgangswelle des Hauptgetriebes wird bevorzugt mit der Anbindbarkeit einer Abtriebskonstanten des Hauptgetriebes mit der Abtriebsseite kombiniert, um beim Fahren im Direktgang, d. h. der direkten drehfesten Verbindung der Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes mit der Getriebeausgangswelle, eine Drehzahl der Vorgelegewelle bzw. der Vorgelegewellen abzusenken und damit Schleppverluste an Lagern und Dichtungen zu reduzieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind jedem der Teilgetriebe jeweils zwei Radebenen zugeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei allen Radebenen um Vorwärtsgangradebenen, wobei alternativ dazu auch eine Rückwärtsgangradebene vorgesehen sein kann. Des Weiteren können auch mehr oder weniger Radebenen pro Teilgetriebe vorgesehen sein.
  • In Weiterbildung der Erfindung sind die Schaltelemente jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt. Besonders bevorzugt sind die Schaltelemente dabei jeweils als unsynchronisierte Klauenkupplungen oder Sperrsynchronisationen realisiert, wobei an Stellen, wo eine Fremdsynchronisation über die Antriebsmaschine und ggf. auch über die Elektromaschine durchgeführt werden kann, eine unsynchronisierte Klauenkupplung zu bevorzugen ist. Des Weiteren werden bevorzugt je zwei Schaltelemente zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, bei welchem dann über einen gemeinsamen Aktuator die Schaltstellungen der zusammengefassten Schaltelemente realisiert werden können. Hierbei sind jeweils zwei Schaltelemente zusammengefasst, die nicht zeitgleich betätigt werden, so dass der jeweilige Aktuator des Doppelschaltelements entweder das eine oder das andere Schaltelement schließt. Prinzipiell ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, ein oder auch mehrere Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente zu realisieren.
  • Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Getriebe mit einer eingangsseitigen Trennkupplung oder Anfahrkupplung versehen sein, wobei die die Getriebeeingangswellen jeweils mit der Antriebswelle koppelnden Schaltelemente dann bevorzugt als synchronisierte Schaltelemente, also beispielsweise als Sperrsynchronisationen, ausgeführt werden. Ein Synchronisieren der Gänge des ersten Teilgetriebes erfolgt dann konventionell bei offener Trennkupplung bzw. Anfahrkupplung. Des Weiteren kann das Getriebe über zusätzliche Stirnradstufen oder ein zusätzliches Schaltelement zur Darstellung eines mechanischen Rückwärtsganges ausgestattet sein. Hierbei ist es auch denkbar, einen Planetenwendesatz mit zwei zusätzlichen Schaltelementen, einen für vorwärts und einen für rückwärts, vorzusehen. Schließlich könnte auch eine Bereichsgruppe mit integriertem Rückwärtsgang vorgesehen werden.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges und ist dann zwischen einer insbesondere als Verbrennungsmotor gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung oder ein sonstiges Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet.
  • Dass zwei Komponenten des Getriebes „drehfeste miteinander verbunden sind“ meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Komponenten, so dass diese mit ein und derselben Drehzahl laufen. Insofern ist zwischen diesen Komponenten, bei welchen es sich um Elemente der Radebenen oder Planetengetriebe oder auch Wellen oder ein Gehäuse des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Komponenten sind starr miteinander verbunden.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Komponenten des Getriebes vorgesehen, so sind diese Komponenten nicht permanent miteinander drehfest gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird über das zwischenliegende Schaltelement vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran anknüpfenden Komponenten in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber drehfest miteinander verbundenen Komponenten unter gleicher Drehzahl laufen bzw. gemeinsam stillstehen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Komponenten bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Komponenten über das Schaltelement bezeichnet.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. Insbesondere sind auch unterschiedliche Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Getriebes Teil der Erfindung, wobei diese Verfahren insbesondere im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem erfindungsgemäßen Getriebe;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
  • 4 eine Tabelle mit beispielhaften Übersetzungen des Getriebes nach 2 oder 3;
  • 5 eine beispielhafte Schaltmatrix des Getriebes nach 2 oder 3;
  • 6 eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 eine schematische Darstellung eines Getriebes entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
  • 8 eine beispielhafte Schaltmatrix des Getriebes nach 6 oder 7;
  • 9 eine schematische Ansicht eines Getriebes gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 eine schematische Darstellung eines Getriebes entsprechend einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
  • 11 eine beispielhafte Schaltmatrix des Getriebes gemäß 9 oder 10; und
  • 12 eine beispielhafte Schaltmatrix des Getriebes aus 9 oder 10.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1, in welchem eine Antriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors 2 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 mit einem Getriebe 4 verbunden ist. Während das Getriebe 4 an einer Antriebswelle 5 mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 3 verbunden ist, steht es an einer Abtriebswelle 6 mit einem Achsgetriebe 7 in Verbindung, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder 8 einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Nutzfahrzeug, wie beispielsweise einen LKW.
  • Aus 2 geht eine schematische Ansicht des Getriebes 4 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, umfasst das Getriebe 4 ein Fünfgang-Hauptgetriebe HG mit zwei Teilgetrieben, eine Elektromaschine 9 mit einem ersten Planetengetriebe PG1 und ein zweites Planetengetriebe PG2.
  • Die Planetengetriebe PG1 und PG2 weisen jeweils je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei jeweils durch ein Sonnenrad SR1 bzw. SR2 des jeweiligen Planetengetriebes PG1 bzw. PG2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetengetriebes PG1 bzw. PG2 als je ein Planetensteg ST1 bzw. ST2 vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad HR1 bzw. HR2 des jeweiligen Planetengetriebes PG1 bzw. PG2 gebildet.
  • Die Planetengetriebe PG1 und PG2 sind vorliegend jeweils als Minusplanetensätze gestaltet, indem der jeweilige Planetensteg ST1 bzw. ST2 ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, welche jeweils im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad SR1 bzw. SR2 und auch mit dem radial umliegenden Hohlrad HR1 bzw. HR2 kämmen. Während das erste Planetengetriebe PG1 zwischen der Elektromaschine 9 und dem Hauptgetriebe HG vorgesehen ist, bildet das zweite Planetengetriebe PG2 eine Bereichsgruppe 10 des Getriebes 4 und ist dem Hauptgetriebe HG nachgeschaltet.
  • Das Hauptgetriebe HG setzt sich aus zwei Teilgetrieben zusammen, welche jeweils je eine Getriebeeingangswelle 11 bzw. 12 aufweisen. Koaxial zu den Getriebeeingangswellen 11 und 12 liegend ist zudem eine gemeinsame Getriebeausgangswelle 13 vorgesehen, wobei achsparallel zu den Getriebeeingangswellen 11 und 12 und auch der Getriebeausgangswelle 13 eine Vorgelegewelle VW vorgesehen ist. Zwischen der Vorgelegewelle VW und den Getriebeeingangswellen 11 und 12 einerseits, sowie der Getriebeausgangswelle 13 andererseits sind mehrere Stirnradstufen in Radebenen R1 bis R5 angeordnet, wobei die Stirnradstufen der Radebenen R1 und R2 zwischen der Vorgelegewelle VW und der Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes und die Stirnradstufen der Radebenen R3 und R4 zwischen der Vorgelegewelle VW und der Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes angeordnet sind, wohingegen die Stirnradstufe in der Radebene R5 zwischen der Vorgelegewelle VW und der gemeinsamen Getriebeausgangswelle 13 vorgesehen ist.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, setzt sich jede der Stirnradstufen in den Radebenen R1 bis R5 aus je einem Festrad und je einem Losrad zusammen. So ist bei der Stirnradstufe der ersten Radebene R1 ein erstes Festrad 14 drehfest auf der Vorgelegewelle VW angeordnet, während ein mit diesem ersten Festrad 14 kämmendes, erstes Losrad 15 drehbar auf der Getriebeeingangswelle 12 gelagert ist. Ebenso ist auch bei der Stirnradstufe der zweiten Radebene R2 ein zweites Festrad 16 drehfest auf der Vorgelegewelle VW platziert und steht mit einem zweiten Losrad 17 im Zahneingriff, das ebenfalls drehbar auf der Getriebeeingangswelle 12 gelagert ist. Bei der Stirnradstufe der dritten Radebene R3 ist ein drittes Festrad 18 drehfest auf der Vorgelegewelle VW angeordnet, wohingegen ein mit diesem kämmendes, drittes Losrad 19 drehbar auf der Getriebeeingangswelle 11 gelagert ist. Ebenso ist ein viertes Losrad 20 der Stirnradstufe der vierten Radebene R4 auf dieser Getriebeeingangswelle 11 angeordnet und steht mit einem vierten Festrad 21 im Zahneingriff, das wiederum auf der Vorgelegewelle VW drehfest platziert ist. Schließlich ist bei der Stirnradstufe der fünften Radebene R5 ein fünftes Festrad 22 drehfest auf der Vorgelegewelle VW angeordnet und kämmt mit einem drehbar auf der Getriebeausgangswelle 13 gelagerten, fünften Losrad 23.
  • Das Getriebe 4 umfasst insgesamt elf Schaltelemente A, B, C, D, E, F, G, H, I, L und S, wobei das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B, das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D, das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F, das achte Schaltelement H und das neunte Schaltelement I, sowie das zehnte Schaltelement L und das elfte Schaltelement S jeweils zu je einem Doppelschaltelement S1 bzw. S2 bzw. S3 bzw. S4 bzw. S5 zusammengefasst sind. Bei dem jeweiligen Doppelschaltelement S1 bzw. S2 bzw. S3 bzw. S4 bzw. S5 ist je ein doppelwirkender Aktuator vorgesehen, welcher je nach Betätigungsrichtung entweder das erste Schaltelement A oder das zweite Schaltelement B bzw. entweder das dritte Schaltelement C oder das vierte Schaltelement D bzw. entweder das fünfte Schaltelement E oder das sechste Schaltelement F bzw. entweder das achte Schaltelement H oder das neunte Schaltelement I bzw. entweder das zehnte Schaltelement L oder das elfte Schaltelement S schließt. Vorliegend sind das erste Schaltelement A, das zweite Schaltelement B, das dritte Schaltelement C, das vierte Schaltelement D, das achte Schaltelement H und das neunte Schaltelement I jeweils als formschlüssige Schaltelemente in Form unsynchronisierter Klauenkupplungen ausgeführt, wohingegen das fünfte Schaltelement E, das sechste Schaltelement F, das siebte Schaltelement G, das zehnte Schaltelement L und das elfte Schaltelement S jeweils als formschlüssige Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen vorliegen.
  • Das erste Schaltelement A setzt im geschlossenen Zustand das erste Losrad 15 an der Getriebeeingangswelle 12 fest, so dass die Getriebeeingangswelle 12 und die Vorgelegewelle VW im Folgenden über die Stirnradstufe der ersten Radebene R1 miteinander gekoppelt sind. Ebenso bewirkt das zweite Schaltelement B bei Betätigung ein Festsetzen des zweiten Losrades 17 an der Getriebeeingangswelle 12, wodurch die Getriebeeingangswelle 12 und die Vorgelegewelle VW über die Stirnradstufe der Radebene R2 in ihren Drehbewegungen miteinander gekoppelt sind.
  • Ein Schließen des dritten Schaltelements C hat eine drehfeste Verbindung der Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes mit der koaxial liegenden Antriebswelle 5 zur Folge, welche auch eine Antriebsseite AN des Getriebes 4 bildet. Mittels des vierten Schaltelements D kann die Antriebswelle 5 zudem mit der Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes drehfest gekoppelt werden, um den Kraftfluss über das erste Teilgetriebe zu führen. In diesem Teilgetriebe kann zum einen durch Schließen des fünften Schaltelements E und ein hierdurch erfolgendes Festsetzen des dritten Losrades 19 an der Getriebeeingangswelle 11 die Stirnradstufe der dritten Radebene R3 genutzt oder alternativ dazu mittels Betätigen des sechsten Schaltelements F die Stirnradstufe der vierten Radebene R4 genutzt werden, indem dann das vierte Losrad 20 an der Getriebeeingangswelle 11 drehfest angebunden wird.
  • Die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes kann zudem über das siebte Schaltelement G direkt drehfest mit der Getriebeausgangswelle 13 verbunden werden, die permanent drehfest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetengetriebes PG2, also dem Sonnenrad SR2, verbunden ist. An der Getriebeausgangswelle 13 kann des Weiteren auch das fünfte Losrad 23 der Stirnradstufe der fünften Radebene R5 durch Betätigen des achten Schaltelements H festgesetzt werden, so dass die Stirnradstufe der Radebene R5 als Abtriebskonstante auf die Getriebeausgangswelle 13 fungiert. Alternativ hierzu ist über das neunte Schaltelement I aber auch eine drehfeste Koppelung des Losrades 23 mit dem zweiten Element E22 in Form des Planetensteges ST2 des zweiten Planetengetriebes PG2 herstellbar, welcher drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden ist, die auch eine Abtriebsseite AB des Getriebes 4 bildet.
  • Das noch verbleibende, dritte Element E32 in Form des Hohlrades HR2 des zweiten Planetengetriebes PG2 kann einerseits über das zehnte Schaltelement L an einem Gehäuse 24 des Getriebes 4 festgesetzt werden, was die Darstellung eines langsamen Bereichs der Bereichsgruppe 10 zur Folge hat, wohingegen ein Schließen des elften Schaltelements S eine drehfeste Koppelung des Hohlrades HR2 ebenfalls mit der Abtriebswelle 6 und damit ein Verblocken des zweiten Planetengetriebes PG2 nach sich zieht. Hierdurch wird ein schneller Bereich der Bereichsgruppe 10 realisiert.
  • Bei dem ersten Planetengetriebe PG1 ist das erste Element E11, vorliegend das Sonnenrad SR1, drehfest mit einem Rotor 25 der Elektromaschine 9 verbunden, deren Stator 26 am Gehäuse 24 drehfest angeordnet ist. Mit dem Gehäuse 24 ist dann auch das dritte Element E31 in Form des Hohlrades HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 starr verbunden, während das zweite Element E21, d. h. der Planetensteg ST1, drehfest mit der Getriebeeingangswelle 12 in Verbindung steht. Das erste Planetengetriebe PG1 dient also als feste Vorübersetzung für die Elektromaschine 9, wodurch die Elektromaschine 9 mit einem niedrigeren Drehmoment, dafür aber höherer Drehzahl ausgelegt werden kann.
  • Das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D sind vorliegend axial in den Bereich zwischen die zweite Radebene R2 und die dritte Radebene R3 gelegt, so dass die Schaltelemente für die Anbindung der Antriebswelle 5 an jeweils eine der Getriebeeingangswellen 11 oder 12 in das Hauptgetriebe HG hineinverlegt ist. Insofern muss die Antriebswelle 5 axial bis in diesen Bereich verlängert werden, während die Getriebeeingangswelle 12 diese als Hohlwelle axial überdeckend und radial umgibt. Hingegen ist die Getriebeeingangswelle 11 stirnseitig zu der Antriebswelle 5 vorgesehen und insbesondere als Vollwelle gestaltet. In der Folge liegt die Getriebeeingangswelle 11 als freie Welle innerhalb des Hauptgetriebes HG und kann über das vierte Schaltelement D mit der Antriebswelle 5, sowie über das siebte Schaltelement G mit der Getriebeausgangswelle 13, sowie über das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F jeweils mit der Vorgelegewelle VW gekoppelt werden.
  • Bedingt durch die Anbindung der Elektromaschine 9 über das erste Planetengetriebe PG1 an der Getriebeeingangswelle 12 ist die Elektromaschine 9 dem zweiten Teilgetriebe des Hauptgetriebes HG zugeordnet und kann unmittelbar die dem zweiten Teilgetriebe zugehörigen Stirnradstufen der Radebenen R1 und R2 nutzen. Insofern kann über die Stirnradstufen der Radebenen R1 und R2 ein rein elektrisches Fahren über die Elektromaschine 9 realisiert werden. Mittels der nachgeschalteten Bereichsgruppe 10 werden hierdurch insgesamt vier schaltbare rein elektrische Gänge gebildet. Da die Elektromaschine 9 zudem auch in umgekehrter Drehrichtung betreibbar ist, ist auch eine entsprechende Anzahl an rein elektrischen Rückwärtsgängen darstellbar. Eine separate Trennkupplung zum Verbrennungsmotor 2 kann innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges 1 entfallen, da die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes in einem geöffneten Zustand des Schaltelements C von der Antriebswelle 5 entkoppelt ist.
  • Der Verbrennungsmotor 2 kann zum einen durch Betätigung des Schaltelements D und eine hierdurch erfolgende drehfeste Koppelung der Antriebswelle 5 mit der Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes die Stirnradstufen der Radebenen R3 und R4 nutzen. Zudem kann durch Betätigung des Schaltelements G ein direkter Durchtrieb auf die gemeinsame Getriebeausgangswelle 13 realisiert werden. Seitens des Verbrennungsmotors 2 kann zudem auch auf die Radebenen R1 und R2 des zweiten Teilgetriebes zugegriffen werden, indem das Schaltelement C betätigt und dementsprechend die Antriebswelle 5 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes verbunden wird. Umgekehrt kann die Elektromaschine 9 die Radebenen R3 und R4 nicht unmittelbar, sondern nur durch eine Koppelung der beiden Teilgetriebe nutzen. Die Radebene R5 dient abseits einer derartigen Teilgetriebekoppelung oder eines direkten Durchtriebes von der Getriebeeingangswelle 11 auf die Getriebeausgangswelle 13 als Abtriebskonstante, um den auf die Vorgelegewelle VW geführten Kraftfluss zur Getriebeausgangswelle 13 oder direkt zur Abtriebswelle 6 zu führen.
  • Bei fehlender Betätigung der Schaltelemente A, B und C kann die Elektromaschine 9 auch vollständig abgekoppelt werden und damit stillstehen, um Nulllastverluste zu vermeiden. Durch Betätigen des Schaltelements C kann aber auch eine direkte Verbindung der Elektromaschine 9 mit dem Verbrennungsmotor 2 über die Antriebswelle 5 und die Getriebeeingangswelle 12 verwirklicht werden, so dass bei fehlender Betätigung der Schaltelemente A und B kein Drehmoment zur Abtriebsseite AB geleitet wird. Die Elektromaschine 9 kann dabei elektromotorisch betrieben werden und den Verbrennungsmotor 2 starten. Alternativ dazu ist auch ein generatorischer Betrieb der Elektromaschine 9 denkbar, wobei der Verbrennungsmotor 2 dann die Elektromaschine 9 zur Stromerzeugung im Stillstand des Kraftfahrzeuges antreibt.
  • Durch die Zuordnung der beiden Teilgetriebe des Hauptgetriebes HG zu der Elektromaschine 9 und dem Verbrennungsmotor 2 können die Elektromaschine 9 und der Verbrennungsmotor 2 mit unterschiedlichen Übersetzungen betrieben werden. Hierdurch können für die Verbrennungsmotor 2 und auch für die Elektromaschine 9 jeweils fahrsituationsabhängig geeignete Betriebspunkte gewählt werden. Des Weiteren können Lastschaltungen im Hybridbetrieb realisiert werden, indem im Zuge eines Gangwechsels eines Ganges, welcher der Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes zugeordnet ist, die Elektromaschine 9 die Zugkraft über die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes stützt, wobei im zweiten Teilgetriebe dabei kein gleichzeitiger Gangwechsel stattfinden darf. Ebenso kann bei einem Gangwechsel eines Ganges, welcher der Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes zugeordnet ist, ein Stützen der Zugkraft über den Verbrennungsmotor 2 mittels der Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes erfolgen, wobei hierbei auch im ersten Teilgetriebe nicht gleichzeitig ein Gangwechsel stattfinden darf.
  • 2 zeigt lediglich die obere Hälfte des zur Achse der Antriebswelle 5, der Getriebeeingangswellen 11 und 12, der Getriebeausgangswelle 13 und der Abtriebswelle 6 symmetrischen Radsatzes des Getriebes 4. Allerdings führt eine Spiegelung an dieser Achse zu einer Variante mit zwei Vorgelegewellen VW, was bei einem Führen des Kraftflusses über die mehreren Vorgelegewellen VW in einer Leistungsteilung resultiert. Der sich hierdurch bildende Radsatz ist aber funktionell identisch mit der in 2 dargestellten Variante eines Getriebes 4 mit nur einer Vorgelegewelle VW. Besonders bevorzugt sind in den Radebenen R1 bis R5 dann allerdings auf den Getriebeeingangswellen 11 und 12 und der Getriebeausgangswelle 13 jeweils ein Losrad pro Radebene vorgesehen, welches dann mit den zugehörigen, auf den Vorgelegewellen VW sitzenden Festrädern kämmt.
  • Des Weiteren zeigt 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes 4 entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Dabei entspricht diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der Variante nach 2, wobei im Unterschied hierzu die Schaltelemente C und D als synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind und bevorzugt als Sperrsynchronisationen vorliegen. Des Weiteren sind die Schaltelemente E, F und G als unsynchronisierte Schaltelemente realisiert und liegen insbesondere als Klauenkupplungen vor. Bei Schaltvorgängen im Hauptgetriebe HG werden die Schaltelemente C und D dann immer nur geschaltet, während die Schaltelemente E, F und G geöffnet sind. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 3 sonst der vorhergehenden Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 4 sind für das Getriebe 4 aus 2 oder 3 beispielhafte Zahlenwerte für die einzelnen Übersetzungen i der Planetengetriebe PG1 und PG2 und der Radebenen R1 bis R5 angegeben. Die angegebene Übersetzung i entspricht bei den Stirnradstufen der Radebenen R1 bis R5 dem jeweiligen Zähneverhältnis der Stirnräder und bei den Planetengetrieben PG1 und PG2 einer Standübersetzung i0, also dem Zähneverhältnis zwischen dem jeweiligen Hohlrad HR1 bzw. HR2 und dem jeweiligen Sonnenrad SR1 bzw. SR2. Ein negatives Vorzeichen bezieht sich auf eine Drehrichtungsumkehr. Die Übersetzungen i der Stirnradstufen sind in folgender Kraftflussrichtung angegeben:
    Erste Radebene R1, zweite Radebene R2, dritte Radebene R3 und vierte Radebene R4: Von den Getriebeeingangswellen 11 und 12 zur Vorgelegewelle VW.
  • Bei der fünften Radebene R5: Von der Vorgelegewelle VW zur Getriebeausgangswelle 13. Allerdings können im Rahmen der Erfindung auch andere Zahlenwerte für die Übersetzungsreihe eingesetzt werden.
  • Aus 5 geht eine beispielhafte Schaltmatrix des Getriebes 4 aus 2 oder 3 hervor, wobei hierbei zwölf Gänge G1 bis G12 aus Sicht des Verbrennungsmotors 2 aufgetragen sind. In dieser Tabelle sind in der ersten Spalte die Gänge G1 bis G12 aufgeführt, wobei ein Gang vorgewählt oder die Teilgetriebe gekoppelt werden können, wenn der Verbrennungsmotor 2 den Kraftfluss über das erste Teilgetriebe und damit die Getriebeeingangswelle 11 führt. In der Tabelle ist dieser Vorwahlgang hinter der Gangnummer in Klammer angegeben. So bedeutet beispielsweise Gang G2(1), dass der zweite Gang G2 für den Verbrennungsmotor 2 aktiv ist, der erste Gang aber für den Verbrennungsmotor 2 bereits vorgewählt und gleichzeitig für die Elektromaschine 9 aktiv ist. In den auf die erste Spalte folgenden Spalten wird dann aufgezeigt, welche der Schaltelemente A bis I, L und S in den Gängen G1 bis G12 betätigt sind. Ein Kreuz X markiert eine geschlossene Stellung des jeweiligen Schaltelements A bis I, L und S. Schließlich sind in den letzten beiden Spalten beispielhafte Gangübersetzungen i und beispielhafte Gangsprünge phi zu jedem Gang G1 bis G12 aufgetragen.
  • Im ersten Gang G1 wird der Leistungsfluss von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement C, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement A, die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich über das Schaltelement L geschaltete Bereichsgruppe 10 auf die Abtriebswelle 6 geleitet. Hierbei wird bereits der zweite Gang G2 durch Betätigen des Schaltelements F vorgewählt. Im zweiten Gang G2 wird der Kraftfluss dann über die Antriebswelle 5, das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement F, die vierte Radebene R4, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich geschaltete Bereichsgruppe PG1 auf die Abtriebswelle 6 geführt. Im zweiten Gang G2 kann dabei einerseits der erste Gang G1 durch Betätigen des Schaltelements A und andererseits der vierte Gang G4 durch Betätigen des Schaltelements B vorgewählt werden.
  • Im dritten Gang G3 wird der Leistungsfluss über die Antriebswelle 5, das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement E, die dritte Radebene R3, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die über das Schaltelement L im langsamen Bereich geschaltete Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geleitet, wobei hierbei wiederum durch Betätigen des Schaltelement B der vierte Gang G4 vorgewählt sein kann. Für die Darstellung des vierten Ganges G4 wird der Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement C auf die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich durch Schaltung des Schaltelements L arbeitende Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. Im vierten Gang G4 kann dabei zum einen der dritte Gang G3 durch Betätigen des Schaltelements E und zum anderen der fünfte Gang G5 durch Schließen des Schaltelements G vorgewählt werden.
  • Wie des Weiteren in 5 zu erkennen ist, wird der Kraftfluss im fünften Gang G5 ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich durch das Schaltelement L geschaltete Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. Im Hauptgetriebe HG findet hier also ein direkter Durchtrieb statt. Im fünften Gang G5 können dabei der vierte Gang G4, der neunte Gang G9 und der sechste Gang G6 vorgewählt werden, wobei dies im Falle des vierten Ganges G4 durch Betätigen der Schaltelemente B und H, beim neunten Gang G9 durch Schließen der Schaltelemente B und I und im Falle des sechsten Ganges G6 durch Betätigen der Schaltelemente A und I verwirklicht wird.
  • Beim sechsten Gang G6 erfolgt eine Kraftflussführung von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement C, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement A, die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement I und die im schnellen Bereich durch Betätigung des Schaltelements S arbeitende Bereichsgruppe 10 auf die Abtriebswelle 6. Hierbei kann der siebte Gang G7 durch Betätigung des Schaltelements F vorgewählt werden. Beim siebten Gang G7 wird der Leistungsfluss dann von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement F, die vierte Radebene R4, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement I und die im schnellen Bereich arbeitende Bereichsgruppe 10 auf die Abtriebswelle 6 geführt, wobei dabei der sechste Gang G6 durch Betätigen des Schaltelements A und der neunte Gang G9 durch Betätigen des Schaltelements B vorgewählt werden kann.
  • Im achten Gang G8 erfolgt dann eine Kraftflussführung über die Antriebswelle 5, das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement E, die dritte Radebene R3, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement I auf die Abtriebswelle 6, wobei die Bereichsgruppe 10 durch Betätigen des Schaltelements S im schnellen Bereich betrieben wird. Ebenfalls wieder kann der neunte Gang G9 durch Schließen des Schaltelements B vorgewählt werden. Im neunten Gang G9 wird der Leistungsfluss durch Schließen des Schaltelements C ausgehend von der Antriebswelle 5 über die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement I auf die Abtriebswelle 6 geführt, wobei die Bereichsgruppe 10 durch Betätigen des Schaltelements S wiederum im schnellen Bereich läuft. Im neunten Gang G9 kann dann zum einen der achte Gang G8 durch Betätigen des Schaltelements E und zum anderen der zehnte Gang G10 durch Schließen des Schaltelements G vorgewählt werden.
  • In den Gängen G6, G7, G8 und G9 ist im vorliegenden Fall in der Bereichsgruppe 10 jeweils das Schaltelement S betätigt, wobei alternativ dazu auch jeweils das Schaltelement L geschlossen sein kann, da aufgrund der Betätigung des Schaltelements I der Kraftfluss direkt von der Vorgelegewelle VW über die fünfte Radebene R5 auf den Steg ST2 des zweiten Planetengetriebes PG2 und damit die Abtriebswelle 6 geführt wird. Aufgrund der Drehzahlverhältnisse am zweiten Planetengetriebe PG2 ist es jedoch vorteilhaft, den Wechsel von Schaltelement L nach Schaltelement S möglichst früh zu vollziehen.
  • Wie in 5 zu erkennen ist, wird im zehnten Gang G10 der Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement D, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die im schnellen Bereich durch Betätigung des Schaltelements S laufende Bereichsgruppe 10 auf die Abtriebswelle 6 geführt, wobei der neunte Gang G9 durch Betätigen der Schaltelemente B und I, sowie der elfte Gang G11 durch Betätigen der Schaltelemente B und E vorgewählt werden kann. Bei dem zehnten Gang G10 handelt es sich um den Direktgang des Getriebes 4, da im Hauptgetriebe HG ein direkter Durchtrieb stattfindet und auch in der Bereichsgruppe 10 durch Verblocken des zweiten Planetengetriebes PG2 über das Schaltelement S eine direkte Führung zur Abtriebsseite AB vollzogen wird.
  • Im elften Gang G11 erfolgt eine Kraftflussführung von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement C, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die dritte Radebene R3, das Schaltelement E, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die im schnellen Bereich durch das Schaltelement S betriebene Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6. Beim elften Gang G11 handelt es sich um einen ersten Overdrive-Gang (OD), welcher durch Teilgetriebekoppelung der beiden Teilgetriebe realisiert wird. Der zehnte Gang G10 ist dabei vorgewählt, indem einfach zwischen C und D umzuschalten ist.
  • Schließlich wird der Leistungsfluss in einem zwölften Gang G12 von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement C, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die vierte Radebene R4, das Schaltelement F, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und das im schnellen Bereich durch Betätigung des Schaltelements S betriebene Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt, wobei auch hier der zehnte Gang G10 durch ein hierfür nur notwendiges Umschalten zwischen den Schaltelementen C und D vorgewählt ist. Beim zwölften Gang G12 handelt es sich um einen zweiten Overdrive-Gang (OD), wobei eine Schaltung zwischen dem elften Gang G11 und dem zwölften Gang G12 nicht lastschaltbar ist. Hingegen sind Schaltungen zwischen dem zehnten Gang G10 und dem elften Gang G11 und auch zwischen dem zehnten Gang G10 und dem zwölften Gang G12 lastschaltbar.
  • Für eine zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung der Bereichsgruppe 10 kann bei dem Getriebe 4 in 2 oder 3 zudem folgendes Verfahren durchgeführt werden:
    Ausgegangen wird von einem verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Fahren im Direktgang G5 des Hauptgetriebes HG, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes ist also durch das geschlossene Schaltelement G direkt drehfest mit der Getriebeausgangswelle 13 verbunden. Zudem ist in der Bereichsgruppe 10 das Schaltelement L geschlossen und die Getriebeeingangswelle 11 über das Schaltelement D mit der Antriebswelle 5 verbunden. Die Elektromaschine 9 ist zudem durch den geschlossenen Zustand der Schaltelemente B und H ebenfalls angekoppelt.
  • Im Zuge des Verfahrens wird zunächst ein Lastabbau an der Elektromaschine 9 durchgeführt, sofern hier Last vorhanden ist, wobei der Verbrennungsmotor 2 im Zuge dessen die Last übernimmt. Anschließend wird ein lastfreies Öffnen des Schaltelements H vollzogen, wobei hierauf ein aktives Synchronisieren des Schaltelements I über eine Drehzahlregelung der Elektromaschine 9 erfolgt. Hierzu muss die Drehzahl der Elektromaschine abgesenkt werden, wobei die Drehzahlabsenkung um den Faktor der Übersetzung der Bereichsgruppe 10 erfolgt.
  • Anschließend erfolgt ein lastfreies Schließen des Schaltelements I, wobei übergangsweise in diesem Zustand aufgrund des noch geschlossenen Schaltelements B der neunte Gang G9 vorgewählt ist. Im Anschluss daran erfolgt ein lastfreies Öffnen des Schaltelements B, wobei darauf folgend ein aktives Synchronisieren des Schaltelements A mit Drehzahlregelung der Elektromaschine 9 durchgeführt wird. Hierzu muss die Drehzahl der Elektromaschine9 angehoben werden, bis auf ein Zieldrehzahlniveau des sechsten Ganges G6. Hierbei erfolgt die Drehzahlanhebung um das Verhältnis der Gangübersetzung der beiden Gänge, welche der Getriebeeingangswelle 12 zugeordnet sind. Im Falle des in 4 dargestellten Beispiels sind dies der vierte Gang G4 und der erste Gang G1, d. h. eine Drehzahlanhebung um den Faktor 1,3 zu 0,592, d. h. 2,2.
  • Anschließend erfolgt ein lastfreies Schließen des Schaltelements A, wodurch der richtige Anschlussgang, nämlich der sechste Gang G6 in 4 vorgewählt ist. Im Folgenden erfolgt ein Lastübergang von dem Verbrennungsmotor 2 auf die Elektromaschine 9, so dass die Elektromaschine 9 die Zugkraft im Zielgang, also dem sechsten Gang G6, stützt. Ist der Verbrennungsmotor 2 nun lastfrei geworden, so wird das Schaltelement D geöffnet und direkt danach das Schaltelement C über eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 2 synchronisiert. Parallel dazu kann in einem weiteren Schritt bereits der nachfolgende, siebte Gang G7 vorgewählt werden, indem das Schaltelement G geöffnet und das Schaltelement F geschlossen wird. Ebenfalls gleichzeitig dazu kann eine Umschaltung in der Bereichsgruppe 10 stattfinden, indem das Schaltelement L geöffnet und das Schaltelement S geschlossen wird. In der Schaltmatrix in 4 ist dies bei der Abfolge 5 (6) zu 6 (7) so gezeigt, wobei die Wechsel zwischen G nach F und L nach S nicht unbedingt erforderlich sind, sondern auch außerhalb einer Schaltung vom fünften Gang G5 in den sechsten Gang G6, also zu einem späteren Zeitpunkt, erfolgen können.
  • So ist es insbesondere in Fahrsituationen, bei welchen eher mit einer Rückschaltung vom sechsten Gang G6 in den fünften Gang G5 anstelle einer Hochschaltung in den siebten Gang G7 zu rechnen ist, besser, die Schaltelemente G und L geschlossen zu halten und damit den fünften Gang G5 nach wie vor vorzuwählen.
  • Nach einem Öffnen des Schaltelements D erfolgt auf jeden Fall ein lastfreies Schließen des Schaltelements C, nachdem das Schaltelement C synchron geworden ist. Hierdurch ist der sechste Gang G6 eingelegt und die Schaltung abgeschlossen, zumindest was die Zustände der Schaltelemente betrifft. Im Anschluss daran wird ein Lastübergang von der Elektromaschine 9 auf den Verbrennungsmotor 2 je nach Betriebsstrategie vollzogen.
  • Im Zuge des vorstehend beschriebenen Verfahrens muss sowohl ein Wechsel zwischen den Schaltelementen H und I, als auch zwischen den Schaltelementen A und B erfolgen. Wichtig ist hierbei, dass zuerst zwischen den Schaltelementen H und I und erst danach zwischen den Schaltelementen A und B gewechselt wird, da die Elektromaschine 9 hierdurch zuerst in der Drehzahl abgesenkt wird und dann mit hohem Drehmoment synchronisieren kann. In der Folge wird weniger Energie zur Drehzahländerung der Trägheitsmasse des Rotors 25 benötigt. Würde stattdessen zuerst der Wechsel zwischen den Schaltelementen A und B vollzogen werden, so würde die Drehzahl der Elektromaschine 9 zwischenzeitlich stark ansteigen, was die Gefahr einer Überdrehzahl, ein geringeres Drehmoment der Elektromaschine 9 bei hoher Drehzahl und zwischenzeitlich unnötig hohe Energien in der Trägheitsmasse des Rotors 25 zur Folge hätte.
  • Des Weiteren ist bei dem Getriebe 4 der 2 oder 3 ein Verfahren zur Synchronisation einer Drehzahl der Vorgelegewelle VW im Direktgang zur Absenkung der Vorgelegewellendrehzahl durchführbar:
    Ausgangssituation ist dabei ein verbrennungsmotorisches Fahren im zehnten Gang G10 und damit dem Direktgang, bei welchem entsprechend 4 die Schaltelemente D, G und S geschlossen sind. Des Weiteren ist auch das Schaltelement I ebenfalls aufgrund des davor geschalteten neunten Ganges G9 noch geschlossen, was dazu führt, dass eine Drehzahl der Vorgelegewelle VW deutlich höher ist, als die des Verbrennungsmotors 2. In der Bereichsgruppe 10 haben das Sonnenrad SR2 und der Planetensteg ST2 identische Drehzahl, da die Bereichsgruppe über das Schaltelement S verblockt ist.
  • Im Rahmen des Verfahrens wird nun eine Absenkung der Vorgelegewellendrehzahl herbeigeführt, um einen besseren Gesamtwirkungsgrad des Getriebes 4 im Direktgang zu ermöglichen, da eine geringere Drehzahl der Vorgelegewelle VW eine geringere Schleppleistung an Lagern und Dichtungen bedeutet. Für die Drehzahlabsenkung werden lastfreie Schaltelemente geschlossen, wobei dies vorliegend insbesondere das Schaltelement A ist, weil sich hierdurch die Drehzahl der Vorgelegewelle VW deutlich reduzieren lässt. Ggf. kann die Drehzahl der Vorgelegewelle VW auch auf null abgesenkt werden, wobei dann keinerlei Schleppverluste an einer Lagerung der Vorgelegewelle VW auftreten. Zunächst muss die Drehzahl der Vorgelegewelle mit Hilfe einer Drehzahlregelung der Elektromaschine 9 auf eine Zieldrehzahl erfolgen, wobei hierzu zunächst das Schaltelement des höchsten Ganges des zweiten Teilgetriebes geschlossen wird, sofern es nicht bereits im Vorfeld geschlossen war. Vorliegend wäre dies das Schaltelement B. Vorteil hiervon ist, dass die Elektromaschine 9 selbst auch kein hohes Drehzahlniveau mehr erreicht und schneller synchronisieren kann.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes 4 entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei diese ebenfalls weitestgehend der Variante nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei, dass ein zweites Element E21 des ersten Planetengetriebes PG1 durch das Hohlrad HR1 gebildet ist, während das dritte Element E31 vom Planetengetriebe PG1 als Planetensteg ST1 gestaltet ist. In diesem Fall ist also das Hohlrad HR1 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 12 verbunden, während der Planetensteg ST1 am Gehäuse 24 festgesetzt ist. Das erste Planetengetriebe PG1 fungiert allerdings nach wie vor als feste Vorübersetzung der Elektromaschine 9.
  • Als weiterer Unterschied ist zudem ein zwölftes Schaltelement R vorgesehen, über welches das Sonnenrad SR1, welches nach wie vor das erste Element E11 des ersten Planetengetriebes PG1 bildet, und auch der Rotor 25 der Elektromaschine 9 drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden werden können. Das zwölfte Schaltelement R ist dabei als unsynchronisiertes, formschlüssiges Schaltelement gestaltet, wobei es sich hierbei bevorzugt um eine Klauenkupplung handelt. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Ferner zeigt 7 eine schematische Darstellung eines Getriebes 4 entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, die im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 6 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass, wie schon bei der Variante nach 3, die Schaltelemente C und D nun als synchronisierte Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen vorliegen, während die Schaltelemente E, F und G als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgeführt sind. Auch hier werden die Schaltelemente C und D immer nur geschaltet, während die Schaltelemente E, F und G offen sind. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 7 der vorhergehenden Variante nach 6, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Die in 4 beispielhaft aufgezeigten Zahlenwerte für einzelne Übersetzungen i der Radebenen R1 bis R5 und auch der Planetengetriebe PG1 und PG2 können auf die Ausführungsformen nach 6 und 7 analog angewendet werden. Ebenso sind aber auch hier andere Zahlenwerte einsetzbar.
  • Ebenso besitzt auch die in 5 beispielhaft dargestellte Schaltmatrix Gültigkeit für die Varianten nach den 6 und 7, es können also auch hier zwölf Gänge G1 bis G12 realisiert werden. Zudem sind auch bei den Varianten nach den 6 und 7 die Verfahren zum zugkraftunterbrechungsfreien Umschalten der Bereichsgruppe 10 und zum Absenken der Drehzahl der Vorgelegewelle VW, die im Vorfeld beschrieben wurden, anwendbar.
  • Zusätzlich kann bei den Ausführungsformen nach den 6 und 7 eine Absenkung einer Drehzahl der Elektromaschine 9 insbesondere im Direktgang herbeigeführt werden, was im Folgenden nun kurz beschrieben wird:
    Ausgangssituation ist ein verbrennungsmotorisches Fahren in einem Gang des ersten Teilgetriebes, also über die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes. Hierbei kann es sich beispielsweise um den zehnten Gang G10, also den direkten Gang, handeln, bei welchem die Schaltelemente D, G und S geschlossen sind. Die Drehzahl der Elektromaschine 9 wird nun abgesenkt, indem die Schaltelemente A und B des zweiten Teilgetriebes geöffnet und das Schaltelement R geschlossen wird. Dabei wird das Schaltelement R über die Elektromaschine 9 mittels Drehzahlregelung aktiv synchronisiert, wobei die Elektromaschine dann gleich schnell wie der Verbrennungsmotor 2 dreht und die Vorübersetzung des ersten Planetengetriebes PG1 nicht wirksam ist. Dieses Verfahren hat dabei den Vorteil, dass geringere Nulllastverluste an der Elektromaschine 9 auftreten und die Elektromaschine 9 nun direkt mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden ist, so dass bei einer Lastpunktanhebung an dem Verbrennungsmotor 2 das zusätzliche Drehmoment zur Elektromaschine 9 nicht über eine Verzahnung geleitet wird. Dies resultiert in einem guten mechanischen Wirkungsgrad.
  • Aus 8 geht eine beispielhafte Schaltmatrix hervor, in welcher in einer ersten Spalte schaltbare Rückwärtsgänge R1 bis R9, also neun Rückwärtsgänge, aufgelistet sind. In den darauf folgenden Spalten sind dann, wie schon bei der Schaltmatrix aus 5, jeweils die Schaltelemente A bis I, L, S und nun auch R aufgetragen, wobei ein X jeweils eine Betätigung des jeweiligen Schaltelements in dem entsprechenden Gang kennzeichnet. In den letzten beiden Spalten sind dann zudem beispielhafte Zahlenwerte für die Übersetzungen i und Gangsprünge phi in den einzelnen Gängen aufgetragen.
  • Die Schaltmatrix in 8 zeigt die Gänge jeweils aus Sicht des Verbrennungsmotors 2, wobei die Übersetzungen dabei für die Elektromaschine 9 identisch sind, weil die Elektromaschine 9 und der Verbrennungsmotor 2 durch das Schaltelement R direkt miteinander gekoppelt sind.
  • Wie in 8 zu erkennen ist, wird ein erster Rückwärtsgang GR1 dargestellt, indem der Kraftfluss von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement A, die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich arbeitende Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt wird. Eine Leistungsführung erfolgt in einem zweiten Rückwärtsgang GR2, ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement A, die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die dritte Radebene R3, das Schaltelement E, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich durch Betätigung des Schaltelements L arbeitende Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6.
  • Ferner wird in einem dritten Rückwärtsgang GR3 der Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich arbeitende Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. In einem vierten Rückwärtsgang GR4 erfolgt eine Leistungsflussführung ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die dritte Radebene R3, das Schaltelement E, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die über das Schaltelement L im langsamen Bereich betriebene Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6.
  • In einem fünften Rückwärtsgang GR5 wird der Kraftfluss dann von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die vierte Radebene R4, das Schaltelement F, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die im langsamen Bereich betriebene Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. Beim sechsten Rückwärtsgang GR6 erfolgt dies hingegen über die Antriebswelle 5, das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement A, die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die dritte Radebene R3, das Schaltelement E, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die über das Schaltelement S im schnellen Bereich betriebene Bereichsgruppe 10.
  • Im Falle eines siebten Rückwärtsganges GR7 wird der Kraftfluss dann ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die fünfte Radebene R5, das Schaltelement H, die Getriebeausgangswelle 13 und die wiederum über das Schaltelement S im schnellen Bereich geschaltete Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. Bei einem achten Rückwärtsgang GR8 erfolgt dies über die Antriebswelle 5, das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die dritte Radebene R3, das Schaltelement E, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die über das Schaltelement S verblockte Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6.
  • Schließlich wird der Kraftfluss in einem neunten Rückwärtsgang GR9 ausgehend von der Antriebswelle 5 über das Schaltelement R, das erste Planetengetriebe PG1, die Getriebeeingangswelle 12 des zweiten Teilgetriebes, das Schaltelement B, die zweite Radebene R2, die Vorgelegewelle VW, die vierte Radebene R4, das Schaltelement F, die Getriebeeingangswelle 11 des ersten Teilgetriebes, das Schaltelement G, die Getriebeausgangswelle 13 und die über das Schaltelement S verblockte Bereichsgruppe 10 zur Abtriebswelle 6 geführt. In den Rückwärtsgängen R2, R4, R5, R6, R8 und R9 liegt dabei jeweils eine Teilgetriebekoppelung vor, bei welchen der Kraftfluss über Radebenen beider Teilgetriebe geführt wird. Hierdurch wird die Anzahl an darstellbaren Rückwärtsgängen erhöht.
  • Des Weiteren zeigt 9 eine schematische Ansicht eines Getriebes 4 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, welche dabei wiederum weitestgehend der Variante aus 2 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass das dritte Element E31 in Form des Hohlrades HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 nicht permanent am Gehäuse 24 festgesetzt ist, sondern zum einen über ein zwölftes Schaltelement J drehfest mit der Antriebswelle 5 und zum anderen über ein dreizehntes Schaltelement K am Gehäuse 24 festgesetzt werden kann. Die Schaltelemente J und K liegen dabei als unsynchronisierte Klauenkupplungen vor und sind zu einem Doppelschaltelement S6 zusammengefasst, bei welchem über einen gemeinsamen Aktuator entweder die Betätigung des Schaltelements J oder des Schaltelements K vorgenommen wird. Im Übrigen entspricht die Variante nach 9 der Ausführungsform nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren zeigt 10 eine schematische Darstellung eines Getriebes 4 entsprechend einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, die aber weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 9 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass, wie schon bei den Varianten nach 3 und auch 7, die Schaltelemente C und D als synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente in Form von Sperrsynchronisationen vorliegen, während die Schaltelemente E, F und G als unsynchronisierte, formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenkupplungen, ausgeführt sind. Auch hier werden die Schaltelemente C und D immer nur geschaltet, wenn die anderen Schaltelemente E, F und G offen sind.
  • Die in 4 beispielhaft aufgezeigten Zahlenwerte für einzelne Übersetzungen i der Radebenen R1 bis R5 und auch der Planetengetriebe PG1 und PG2 können auf die Ausführungsformen nach 9 und 10 analog angewendet werden. Ebenso sind aber auch hier andere Zahlenwerte einsetzbar.
  • Wie schon bei den Ausführungsformen nach den 2 und 3 können auch die Getriebe nach den 9 und 10 gemäß einem Verfahren betrieben werden, bei welchem eine zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung der Bereichsgruppe 10 stattfindet. Des Weiteren kann auch eine Absenkung einer Drehzahl der Vorgelegewelle VW analog zu dem zu 2 und 3 Beschriebenen stattfinden.
  • Mit den Varianten nach den 9 und 10 lässt sich zudem eine als EDA, elektrodynamisches Anfahren, bekannte Anfahrfunktion umsetzen. Die elektrische Maschine 9 kann dabei rein oder nur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 2 zum Anfahren und Beschleunigen verwendet werden. Im Zuge eines rein elektrischen Anfahrens kann über das dann als Konstantübersetzung wirkende erste Planetengetriebe PG1 ein erhöhtes Anfahrmoment bereitgestellt werden. Um elektrodynamisch anfahren zu können, muss das zwölfte Schaltelement J betätigt sein, wobei sich das Getriebe 4 dann im EDA-Modus befindet.
  • Im Weiteren wird der erste Gang G1 des Getriebes 1 eingelegt, indem die Schaltelemente A, C, H und L geschlossen sind. Damit ist im ersten Gang G1 ein Kraftfluss von der Antriebswelle 5 über die Getriebeeingangswelle 12 über die erste Radebene R1, die Vorgelegewelle VW, die Abtriebskonstante R5, die Getriebeausgangswelle 13 und die Bereichsgruppe 10 im langsamen Bereich vorbereitet. Bei Fahrzeugstillstand dreht der Verbrennungsmotor 2 z.B. mit der Leerlaufdrehzahl und die elektrische Maschine 9 dreht rückwärts, so dass der Steg ST1 des ersten Planetengetriebes PG1 still steht. Die Drehmomentverhältnisse an dem ersten Planetengetriebe PG1 sind konstant. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 und das Drehmoment der elektrischen Maschine 9 addieren sich am Steg ST1 des ersten Planetengetriebes PG1. Während des elektrodynamischen Anfahrens ändert sich die Drehzahl der elektrischen Maschine 9 bis hin zum Blockumlauf an dem ersten Planetengetriebes PG1. Das Anfahren kann beendet werden, indem das Schaltelement C geschlossen wird, so dass das erste Planetengetriebe PG1 verblockt.
  • Wird das Getriebe 4 im EDA-Modus betrieben, ist als Lastschaltfunktion ein Elektrodynamisches Schalten (EDS) möglich. Dabei bleibt im EDA-Modus das zwölfte Schaltelement J geschlossen. Ein dem zweiten Teilgetriebe und damit der Getriebeeingangswelle 12 zugeordneter Gang muss eingelegt sein. Dieser dient als Stützgang, über den der Kraftfluss während der Lastschaltung geleitet wird, wobei dieser Stützgang identisch mit dem Ist-Gang oder einem Zielgang sein kann. Es kann aber auch ein weiterer Gang des zweiten Teilgetriebes verwendet werden.
  • Das Schaltverfahren beginnt mit einer Lastübernahmephase. Dabei werden am Verbrennungsmotor 2 und an der Elektromaschine 9 die Drehmomente so eingestellt, dass es der Standgetriebeübersetzung der Planetenradstufe PG2 entspricht. Dadurch gibt es nur noch einen Kraftfluss über den Steg ST1 des ersten Planetengetriebes PG1 und den Stützgang, während alle anderen Schaltelemente lastfrei werden. Im Folgenden werden die lastfrei gewordenen Schaltelemente des Ist-Gangs ausgelegt. Dann werden die Drehzahl des Verbrennungsmotors 21 und der elektrischen Maschine 2 so geregelt, dass das einzulegende Schaltelement des Ziel-Gangs synchron wird. Ist dies erfolgt, so wird das Schaltelement des Zielgangs eingelegt.
  • Damit ist der Schaltvorgang abgeschlossen und die Last an der Elektromaschine 9 kann bedarfsweise abgebaut werden.
  • Das EDS-Schaltverfahren, hat den Vorteil, dass das zuschaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der Elektromaschine 9 und des Verbrennungsmotors 21 synchronisiert wird, wobei die Elektromaschine 2 sehr gut regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente des Verbrennungsmotors 21 und der elektrischen Maschine 2 am zweiten Planetengetriebe PG2 summieren.
  • Wie schon bei der Variante nach 2, lässt sich auch bei den Ausführungsformen nach 9 und 10 eine als ISG, Integrierter Startergenerator, bekannte Funktion umsetzen, bei der der Verbrennungsmotor 2 über die Elektromaschine 9 gestartet und beschleunigt und die Elektromaschine 9 auch als Generator verwendet werden kann. Im ISG-Modus befindet sich das dreizehnte Schaltelement K in einem geschlossenen Zustand und verbindet das Hohlrad HR1 mit dem Gehäuse 24. Ebenso ist auch wieder ein rein elektrisches Fahren ist im ISG-Modus möglich, indem das Hohlrad HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 gehäusefest arretiert ist und die Elektromaschine 9 ein Drehmoment über das Sonnenrad SR1 des ersten Planetengetriebes PG1 einspeist.
  • Ein zugkraftunterbrechungsfreies Umschalten der Bereichsgruppe 10 beim Wechsel vom fünften Gang G5 in den sechsten Gang G6 kann bei den Ausführungsformen nach den 9 und 10 auch im EDA-Modus durchgeführt werden. Ausgangssituation ist dabei ein geschlossener Zustand des zwölften Schaltelements J und ein verbrennungsmotorisches bzw. hybridisches Fahren im fünften Gang G5 im EDA-Modus. Dementsprechend sind die Schaltelemente D, G und L geschlossen. Die Elektromaschine 9 wirkt aufgrund der Vorgeschichte noch im vierten Gang G4, es befinden sich also noch die Schaltelemente B und H in einem geschlossenen Zustand. Um nun zugkraftunterbrechungsfrei in den sechsten Gang G6 zu schalten, werden folgende Verfahrensschritte durchlaufen:
    Wenn Last an der Elektromaschine 9 vorhanden ist, findet hier zunächst ein Lastabbau statt, wobei der Verbrennungsmotor 21 die Last übernimmt. Anschließend kann das Schaltelement H lastfrei geöffnet werden. Im Anschluss daran wird das Schaltelement I aktiv über die Drehzahlregelung der Elektromaschine 9 synchronisiert, indem die Drehzahl der Elektromaschine 9 abgesenkt wird. Die Drehzahlabsenkung erfolgt um den Faktor der Übersetzung der Bereichsgruppe 10, was im Zahlenbeispiel aus 4 dem Faktor 3,713 entspricht.
  • Anschließend kann das Schaltelement I lastfrei geschlossen werden, was einer Vorwahl des Ganges G9 entspricht, da das Schaltelement B noch betätigt ist. Dies wird im Folgenden lastfrei geöffnet. Dann wird das Schaltelement A aktiv über Drehzahlregelung der Elektromaschine 9 synchronisiert, wobei dazu die Drehzahl der Elektromaschine 9 bis zum Zieldrehzahlniveau des sechsten Ganges G6 angehoben werden muss. Die Drehzahlanhebung erfolgt um das Verhältnis der Gangübersetzung der beiden Gänge, welche der ersten Getriebeeingangswelle zugeordnet sind. Dies sind hier der erste Gang G1 und der vierte Gang G4, was bei den beispielhaften Werten eine Drehzahlanhebung um den Faktor 1,3/0,592 = 2,2 bedeutet. Dann kann das Schaltelement A lastfrei geschlossen werden, so dass der sechste Gang G6 vorgewählt ist.
  • Dann werden die Drehmomente des Verbrennungsmotors 2 und der Elektromaschine 9 so eingestellt, dass sie im Verhältnis der Standübersetzung des ersten Planetengetriebes PG1 stehen, damit das auszulegende Schaltelement D lastfrei wird. Der Kraftfluss läuft dann ausschließlich über den Steg ST1 des ersten Planetengetriebes PG1 und über die Schaltelemente A und I. Gleichzeitig werden die Drehmomente des Verbrennungsmotors 2 und der Elektromaschine 9 im Rahmen der Grenzen der beiden Antriebsmaschinen so eingestellt, dass die Zugkraft möglichst nahe dem vom Fahrer oder einer Fahrstrategiefunktion gewünschten Sollwert kommt.
  • Nachdem das Schaltelement D lastfrei geworden ist, wird es geöffnet. Gleichzeitig kann zudem der nachfolgende siebte Gang G7 vorgewählt werden, indem ein Wechsel von Schaltelement G zu Schaltelement F erfolgt, wobei eine Synchronisation über das synchronisierte Schaltelement F vorgenommen wird. Ebenfalls gleichzeitig dazu kann eine Umschaltung in der Bereichsgruppe 10 stattfinden, indem das Schaltelement L geöffnet und das Schaltelement S geschlossen wird. Allerdings sind die Wechsel zwischen G nach F und L nach S nicht unbedingt erforderlich sind, sondern können auch außerhalb einer Schaltung vom fünften Gang G5 in den sechsten Gang G6, also zu einem späteren Zeitpunkt, erfolgen. So ist es insbesondere in Fahrsituationen, bei welchen eher mit einer Rückschaltung vom sechsten Gang G6 in den fünften Gang G5 anstelle einer Hochschaltung in den siebten Gang G7 zu rechnen ist, besser, die Schaltelemente G und L geschlossen zu halten und damit den fünften Gang G5 nach wie vor vorzuwählen.
  • Unmittelbar nachdem das Schaltelement D geöffnet wurde, das bedeutet ggf. gleichzeitig mit dem eben genannten Schritt, werden die Drehmomente des Verbrennungsmotors 2 und der Elektromaschine 9 so gesteuert bzw. geregelt, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 auf die Zieldrehzahl sinkt. Hierdurch wird das Schaltelement C synchronisiert und kann anschließend lastfrei geschlossen werden. Damit ist der sechste Gang G6 eingelegt und der Schaltvorgang für die Schaltelemente abgeschlossen.
  • Der Lastübergang von der Elektromaschine 9 auf den Verbrennungsmotor 2 kann anschließend je nach Betriebsstrategie erfolgen. Zusammenfassend muss, um im EDA-Modus vom fünften Gang G5 in den sechsten Gang G6 zu gelangen, sowohl zwischen den Schaltelementen H und I, als auch zwischen den Schaltelementen A und B umgeschaltet werden. Dabei wird zunächst zwischen den Schaltelementen H und I gewechselt und danach erst zwischen den Schaltelementen A und B. Dadurch wird die Elektromaschine 9 zuerst in der Drehzahl abgesenkt und kann mit hohem Drehmoment synchronisieren. In der Folge wird weniger Energie zur Drehzahländerung der Trägheitsmasse des Rotors 25 benötigt. Würde stattdessen zuerst der Wechsel zwischen den Schaltelementen A und B vollzogen werden, so würde die Drehzahl der Elektromaschine 9 zwischenzeitlich stark ansteigen, was die Gefahr einer Überdrehzahl, ein geringeres Drehmoment der Elektromaschine 9 bei hoher Drehzahl und zwischenzeitlich unnötig hohe Energien in der Trägheitsmasse des Rotors 25 zur Folge hätte.
  • Für die Schaltelemente I und A erfolgt jeweils eine lastfreie Drehzahlsynchronisation mit Hilfe der Elektromaschine 9. Dabei wird am Hohlrad HR1 des ersten Planetengetriebes PG1 aufgrund von Trägheitsmassen ein dynamisches Moment abgestützt, welches sich ggf. negativ auf den Fahrkomfort auswirken könnte, weil das Hohlrad HR1 über das Schaltelement J mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Daher könnte auch vor der Drehzahlsynchronisierung vom EDA-Modus in den ISG Modus umgeschaltet werden und entsprechend diesem synchronisiert werden. Nach der jeweiligen Drehzahlsynchronisation wird dann wieder in den EDA-Modus zurück gewechselt.
  • Schließlich sind in den 11 und 12 beispielhafte Schaltmatrizen der Getriebe der 9 und 10 dargestellt. Dabei zeigt die Schaltmatrix aus 11 den Betrieb des Getriebes im ISG-Modus, während die Schaltmatrix aus 12 das Getriebe 4 im EDA-Modus zeigt. Hinsichtlich der Schaltung der zwölf Gänge G1 bis G12 entspricht dies weitestgehend der Schaltmatrix aus 5, wobei bei der Schaltmatrix in 11 jeweils noch das Schaltelement K und bei der Schaltmatrix in 12 jeweils das Schaltelement J betätigt wird. Hinsichtlich der Darstellung der einzelnen Gänge kann ansonsten auf das zu 5 Beschriebene verwiesen werden.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Getriebes kann eine hohe Anzahl an darstellbaren Gängen bei gleichzeitig niedrigem Herstellungsaufwand realisiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Torsionsschwingungsdämpfer
    4
    Getriebe
    5
    Antriebswelle
    6
    Abtriebswelle
    7
    Achsgetriebe
    8
    Antriebsräder
    9
    Elektromaschine
    10
    Bereichsgruppe
    11
    Getriebeeingangswelle
    12
    Getriebeeingangswelle
    13
    Getriebeausgangswelle
    14
    erstes Festrad
    15
    erstes Losrad
    16
    zweites Festrad
    17
    zweites Losrad
    18
    drittes Festrad
    19
    drittes Losrad
    20
    viertes Losrad
    21
    viertes Festrad
    22
    fünftes Festrad
    23
    fünftes Losrad
    24
    Gehäuse
    25
    Rotor
    26
    Stator
    HG
    Hauptgetriebe
    AN
    Antriebsseite
    AB
    Abtriebsseite
    PG1
    erstes Planetengetriebe
    PG2
    zweites Planetengetriebe
    E11, E12
    erstes Element
    E21, E22
    zweites Element
    E31, E32
    drittes Element
    HR1, HR2
    Hohlrad
    ST1, ST2
    Planetensteg
    SR1, SR2
    Sonnenrad
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelements
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    E
    fünftes Schaltelement
    F
    sechstes Schaltelement
    G
    siebtes Schaltelement
    H
    achtes Schaltelement
    I
    neuntes Schaltelement
    L
    zehntes Schaltelement
    S
    elftes Schaltelement
    R
    zwölftes Schaltelement
    J
    zwölftes Schaltelement
    K
    dreizehntes Schaltelement
    S1
    Doppelschaltelement
    S2
    Doppelschaltelement
    S3
    Doppelschaltelement
    S4
    Doppelschaltelement
    S5
    Doppelschaltelement
    S6
    Doppelschaltelement
    R1
    erste Radebene
    R2
    zweite Radebene
    R3
    dritte Radebene
    R4
    vierte Radebene
    R5
    fünfte Radebene
    G1
    erster Gang
    G2
    zweiter Gang
    G3
    dritter Gang
    G4
    vierter Gang
    G5
    fünfter Gang
    G6
    sechster Gang
    G7
    siebter Gang
    G8
    achter Gang
    G9
    neunter Gang
    G10
    zehnter Gang
    G11
    elfter Gang
    G12
    zwölfter Gang
    GR1
    erster Rückwärtsgang
    GR2
    zweiter Rückwärtsgang
    GR3
    dritter Rückwärtsgang
    GR4
    vierter Rückwärtsgang
    GR5
    fünfter Rückwärtsgang
    GR6
    sechster Rückwärtsgang
    GR7
    siebter Rückwärtsgang
    GR8
    achter Rückwärtsgang
    GR9
    neunter Rückwärtsgang
    i
    Übersetzung
    phi
    Gangsprung
  • 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 102012217503 A1 [0004, 0012]

Claims (12)

  1. Getriebe (4) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Hauptgetriebe (HG) mit zwei Teilgetrieben, welchen jeweils je eine Getriebeeingangswelle (11, 12) zugeordnet ist und die jeweils mindestens eine Radebene (R1, R2, R3, R4) aufweisen, wobei die Getriebeeingangswellen (11, 12) jeweils mittels je eines Schaltelements (C, D) mit einer koaxial liegenden und eine Antriebsseite (AN) bildenden Antriebswelle (5) verbindbar und hierdurch ein Kraftfluss von der Antriebsseite (AN) über das jeweilige Teilgetriebe zu einer gemeinsamen Abtriebsseite (AB) führbar ist, und wobei die Getriebeeingangswelle (11) des ersten Teilgetriebes axial zwischen der Antriebswelle (5) und der Abtriebsseite (AB) liegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (C, D) axial zwischen der mindestens einen Radebene (R3, R4) des ersten Teilgetriebes und der mindestens einen Radebene (R1, R2) des zweiten Teilgetriebes platziert sind, und dass die Getriebeeingangswelle (12) des zweiten Teilgetriebes als axial mit der Antriebswelle (5) überdeckende und umliegend zur Antriebswelle (5) liegende Hohlwelle ausgeführt ist.
  2. Getriebe (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Elektromaschine (9) mit einem ersten Planetengetriebe (PG1) vorgesehen ist, welches als Elemente (E11, E21, E31) ein Hohlrad (HR1), einen Planetensteg (ST1) und ein Sonnenrad (SR1) aufweist, wobei von den Elementen (E11, E21, E31) des ersten Planetengetriebes (PG1) ein erstes Element (E11) mit einem Rotor (25) der Elektromaschine (9) und ein zweites Element (E21) mit der Getriebeeingangswelle (12) des zweiten Teilgetriebes drehfest verbunden ist.
  3. Getriebe (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (E31) des ersten Planetengetriebes (PG1) an einem Gehäuse (24) festgesetzt ist.
  4. Getriebe (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) des ersten Planetengetriebes (PG1) zudem über ein Schaltelement (R) mit der Antriebswelle (5) drehfest koppelbar ist.
  5. Getriebe (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (E31) des ersten Planetengetriebes (PG1) zum einen über ein Schaltelement (K) an einem Gehäuse (24) festsetzbar und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements (J) drehfest mit der Antriebswelle (5) verbindbar ist.
  6. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bereichsgruppe (10) mit einem zweiten Planetengetriebe (PG2) vorgesehen ist, welches als Elemente (E12, E22, E32) ein Hohlrad (HR2), einen Planetensteg (ST2) und ein Sonnenrad (SR2) aufweist, wobei von den Elementen (E12, E22, E32) des zweiten Planetengetriebes (PG2) ein erstes Element (E12) mit einer Getriebeausgangswelle (13) des Hauptgetriebes (HG) und ein zweites Element (E22) mit einer die Abtriebsseite (AB) bildenden Abtriebswelle (6) drehfest verbunden ist, wohingegen ein drittes Element (E32) des zweiten Planetengetriebes (PG2) zum einen über ein Schaltelement (L) an einem Gehäuse (24) festsetzbar und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements (S) drehfest mit dem ersten (E12) oder dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetengetriebes (PG2) verbindbar ist.
  7. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG) mindestens eine Vorgelegewelle (VW) umfasst, die achsparallel zu den Getriebeeingangswellen (11, 12) der Teilgetriebe liegt und über die jeweils mindestens eine Radebene (R1, R2, R3, R4) mit der jeweiligen Getriebeeingangswelle (11, 12) koppelbar ist.
  8. Getriebe (4) nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vorgelegewelle (VW) je eine Abtriebskonstante umfasst, deren abtriebsseitiges Stirnrad zum einen über ein Schaltelement (H) mit der Getriebeausgangswelle (13) des Hauptgetriebes (HG) und zum anderen mittels eines anderen Schaltelements (I) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe (10) drehfest verbindbar ist.
  9. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (11) des ersten Teilgetriebes über ein Schaltelement (G) mit einer koaxial liegenden Getriebeausgangswelle (13) des Hauptgetriebes (HG) drehfest verbindbar ist.
  10. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Teilgetriebe jeweils zwei Radebenen (R1, R2, R3, R4) zugeordnet sind.
  11. Getriebe (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (A bis L, S, R) jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
  12. Kraftfahrzeugantriebsstrang (1), umfassend ein Getriebe (4) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11.
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WO2019115126A1 (de) * 2017-12-15 2019-06-20 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs eines kraftfahrzeugs, steuergerät und computerprogrammprodukt
DE102018208760A1 (de) * 2018-06-04 2019-12-05 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsstrangs

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