DE102016201855A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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DE102016201855A1
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Matthias Horn
Martin Brehmer
Johannes Kaltenbach
Julian King
Jens Moraw
Eckehard Münch
Gerhard Niederbrucker
Juri Pawlakowitsch
Stephan Scharr
Viktor Warth
Michael Wechs
Peter Ziemer
Uwe Griesmeier
Raffael Kuberczyk
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) sowie zumindest fünf Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 47) aufweist, wobei durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 47) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
  • Die Patentanmeldung DE 199 12 480 A1 der Anmelderin beschreibt ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Einsteg-Planetensätzen, drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, sowie einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle. Die Antriebswelle ist direkt mit dem Sonnenrad des zweiten Planetensatzes verbunden, und über die erste Kupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetensatzes und über die zweite Kupplung mit dem Steg des ersten Planetensatzes verbindbar. Das Sonnenrad des ersten Planetensatzes ist über die erste Bremse, der Steg des ersten Planetensatzes über die zweite Bremse und das Sonnenrad des dritten Planetensatzes über die dritte Bremse mit dem Gehäuse verbindbar. Der Steg des ersten Planetensatzes ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetensatzes verbunden. Der Steg des zweiten Planetensatzes ist mit dem Hohlrad des dritten Planetensatzes verbunden. Das Hohlrad des ersten Planetensatzes ist mit dem Steg des dritten Planetensatzes und mit der Abtriebswelle verbunden. Zusätzlich können Freiläufe an jeder Stelle des Getriebes eingesetzt werden, beispielsweise zwischen einer Welle und dem Gehäuse.
  • Die Patentanmeldung US 2008/0274852 A1 beschreibt ein Getriebe mit einem ähnlichen Aufbau, welches mittels drei Bremsen und drei Kupplungen zur Ausbildung von sieben Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang eingerichtet ist. Das Sonnenrad eines als 14 bezeichneten Planetenradsatzes ist mit einem Eingang ständig verbunden. Das Sonnenrad eines als 10 bezeichneten Planetenradsatzes ist über eine Kupplung 58 mit dem Steg des Planetenradsatzes 14 verbindbar. Durch Schließen einer Kupplung 56 sind die Sonnenräder der Planetenradsätze 10, 14 miteinander verbindbar.
  • Die Patentanmeldung DE 101 62 873 A1 der Anmelderin zeigt in 3 ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise, dessen Aufbau zu dem in DE 199 12 480 A1 beschriebenen Kraftfahrzeuggetriebe sehr ähnlich ist. Die direkte Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ist durch eine schaltbare Verbindung ersetzt, indem eine zusätzliche Kupplung bereitgestellt wird.
  • Die noch unveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2015 218 990.2 der Anmelderin zeigt in 11 eine Weiterentwicklung dieses Mehrstufengetriebes zu einem Getriebe mit acht Vorwärtsgängen, wobei eine Kupplung zwischen dem Sonnenrad eines ersten Planetenradsatzes und dem Steg eines zweiten Planetenradsatzes vorgesehen ist. Darüber hinaus weist dieses Getriebe eine weitere Kupplung auf, mittels der das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, alternative Ausführungen zu den im Stand der Technik bekannten Getrieben anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, drei Planetenradsätze, sowie zumindest fünf Schaltelemente auf. Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Ein Minus-Radsatz bezeichnet einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
  • Jeder der drei Planetenradsätze weist ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird stets durch das Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes. Wird ein Minus-Radsatz durch einen Plus-Radsatz ersetzt, so ist neben der veränderten Anbindung der Elemente Steg und Hohlrad der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins zu erhöhen, um dieselbe Übersetzungswirkung zu erzielen.
  • Die Abtriebswelle ist mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden.
  • Das Getriebe weist eine erste Koppelung und eine zweite Koppelung auf. Die erste Koppelung besteht zwischen dem ersten Element des dritten Planetenradsatzes und einem drehfesten Bauelement des Getriebes, beispielsweise dem Getriebegehäuse. Die zweite Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Eine der beiden Koppelungen ist durch eine ständige drehfeste Verbindung gebildet, während die verbleibende der beiden Koppelungen durch eine mittels des ersten Schaltelements schaltbare Verbindung gebildet ist. Durch Schließen des ersten Schaltelements wird somit eine Drehmomentübertragung zwischen den Elementen des dritten Planetenradsatzes ermöglicht.
  • Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist die Antriebswelle mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Die Antriebswelle ist mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes entweder ständig verbunden, oder die Antriebswelle ist durch Schließen eines Zusatzschaltelements mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Es besteht keine Verbindung zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes, welche durch Schließen eines einzigen Schaltelements hergestellt werden kann.
  • Ein Getriebe mit dieser erfindungsgemäßen Zuordnung der einzelnen Getriebeelemente ermöglicht die Bildung von sechs Vorwärtsgängen, was nachfolgend detailliert beschrieben wird. Zudem weist ein solches Getriebe geringe Kupplungsbelastungen sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad auf.
  • Durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements sind sechs Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements, des zweiten Schaltelements und gegebenenfalls des fünften Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements, des dritten Schaltelements und gegebenenfalls des fünften Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements, des fünften Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird zumindest durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements gebildet. Durch Schließen des ersten und des vierten Schaltelements ist das Drehzahlverhältnis zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle bereits definiert. Ist die Antriebswelle mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden, so sind die Drehzahlverhältnisse der Elemente aller Planetenradsätze definiert. Umfasst das Getriebe das Zusatzschaltelement, so kann dieses entweder geschlossen oder offen gehalten werden. Wird das Zusatzschaltelement offen gehalten, so ist zur Festlegung der Drehzahlverhältnisse aller Planetenradsatz-Elemente ein weiteres Schaltelement zu schließen, also das zweite, dritte oder fünfte Schaltelement. Der fünfte Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements, des fünften Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements gebildet. Der sechste Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements, des vierten Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt.
  • Prinzipiell kann jedes der fünf Schaltelemente als formschlüssiges Schaltelement, also beispielsweise als Klauenkupplung, oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein, also beispielsweise als Lamellenkupplung. Vorzugsweise sind das zweite Schaltelement und/oder gegebenenfalls das Zusatzschaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert, besonders da das zweite Schaltelement lediglich im ersten der sechs Vorwärtsgange geschlossen sein muss, sofern es nicht zur Bildung des vierten Vorwärtsganges beiträgt. Bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ist das zweite Schaltelement daher überwiegend geöffnet. Der mechanische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges kann mit einem derart ausgebildeten Getriebe entsprechend verbessert werden. Gemäß einer alternativen Ausführung können das zweite und/oder gegebenenfalls das Zusatzschaltelement als kraftschlüssige Reibschaltelemente ausgebildet sein, deren Reibflächen die gleiche Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, vorzugsweise ohne einen Reibbelag aufzuweisen. Derartige Reibschaltelemente sind für hohe Flächenpressungen ausgelegt, und können daher mit kleiner Reibfläche und wenigen Lamellen ausgebildet werden, wodurch die Schleppverluste im geöffneten Zustand verringert werden können. Das zweite und/oder gegebenenfalls das Zusatzschaltelement kann auch als Bandbremse ausgebildet sein.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform sind Schnittstellen der Antriebswelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes angeordnet. Von den drei Planetenradsätzen weist dabei der dritte Planetenradsatz den größten axialen Abstand zur Schnittstelle der Antriebswelle auf. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang. Die Schnittstellen können beispielsweise als Steckverzahnung oder als Flansch ausgebildet sein.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind Schnittstellen der Antriebswelle und Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet, wobei von den drei Planetenradsätzen dabei der dritte Planetenradsatz den kürzesten axialen Abstand zur Schnittstelle der Antriebswelle aufweist. Die Schnittstelle der Abtriebswelle weist dabei eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Hauptachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann beispielsweise das Achsdifferential eines Antriebsstrangs angeordnet sein. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang.
  • Vorzugsweise wird ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Schließen des zweiten Schaltelemente, des fünften Schaltelements und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements gebildet. Da im ersten Vorwärtsgang ebenso das zweite Schaltelement und gegebenenfalls das Zusatzschaltelement geschlossen sind, ist ein Umschaltvorgang zwischen erstem Vorwärtsgang und Rückwärtsgang besonders einfach darstellbar.
  • Ergänzend oder alternativ zu diesem Rückwärtsgang steht ein zweiter Rückwärtsgang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle zur Verfügung. Dieser zweite Rückwärtsgang wird dabei durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelements gebildet. Dazu muss das Getriebe das Zusatzschaltelement aufweisen, welches im zweiten Rückwärtsgang geöffnet ist.
  • Ergänzend oder alternativ dazu steht ein dritter Rückwärtsgang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle zur Verfügung. Dieser dritte Rückwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements, des fünften Schaltelemente und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements gebildet.
  • Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor. Der Rotor ist dabei entweder mit der Antriebswelle oder mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die ständige Verbindung kann dabei als direkte Verbindung oder über ein festes Übersetzungsverhältnis ausgebildet sein, beispielsweise über einen zusätzlichen Planetenradsatz, wobei ein Element dieses Planetenradsatzes drehfest festgesetzt ist. Beispielsweise könnte dessen Sonnenrad ständig drehfest festgesetzt, dessen Steg mit der Antriebswelle, bzw. dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden und dessen Hohlrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein, sodass die Drehzahl des Rotors im Vergleich zum Anbindungselement vergrößert wird. Durch die elektrische Maschine kann die Funktionalität des Getriebes erweitert werden, wodurch sich das Getriebe für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs eignet. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle erlaubt die Nutzung sämtlicher Vorwärtsgänge bei Antrieb des Hybridfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine. Die Anbindung des Rotors an das erste Element des zweiten Planetenradsatzes erlaubt unter Anderem einen stufenlosen Betrieb des Getriebes.
  • Das Getriebe kann eine Anschlusswelle aufweisen, welche als Schnittstelle zu einer getriebeexternen Antriebseinheit dient, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine. Die Anschlusswelle ist über eine Trennkupplung mit der Antriebswelle verbindbar. Alternativ dazu kann die Trennkupplung samt der Anschlusswelle auch außerhalb des Getriebes angeordnet sein. Die Trennkupplung ist, als Bestandteil des Getriebes, vorzugsweise radial innerhalb der elektrischen Maschine, besonders bevorzugt innerhalb des Rotors angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Ausbildung des Getriebes begünstigt. Durch Öffnen der Trennkupplung kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine in sämtlichen Vorwärtsgängen des Getriebes angetrieben werden, ohne die getriebeexterne Antriebseinheit mitzuschleppen. Die Trennkupplung kann als formschlüssiges oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
  • Das Getriebe kann einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweisen, welcher zur Dämpfung von Drehschwingungen eingerichtet ist, und vorzugsweise in der Wirkverbindung zwischen zwei Abschnitten der Anschlusswelle angeordnet ist. Der erste Abschnitt der Anschlusswelle ist der Schnittstelle zur getriebeexternen Antriebseinheit zugeordnet, und der zweite Abschnitt der Anschlusswelle ist der Trennkupplung zugeordnet. Derart können von der getriebe-externen Antriebseinheit erzeugte Drehschwingungen zur Antriebswelle hin gedämpft werden.
  • Umfasst das Getriebe das Zusatzschaltelement, und ist der Rotor an das erste Element des zweiten Planetenradsatzes angebunden, so ist die Bildung von drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgängen zwischen dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle möglich. Dabei sind in jedem der drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgänge zwei der fünf Schaltelemente geschlossen. Der erste elektrisch antreibbare Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der zweite elektrisch antreibbare Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements gebildet. Der dritte elektrisch antreibbare Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Bei einem Schaltvorgang zwischen den drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgängen muss je nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden, da das erste Schaltelement in allen drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgängen geschlossen ist. Dies erleichtert den Schaltvorgang zwischen den drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgängen. In allen drei elektrisch antreibbaren Vorwärtsgängen sind das vierte Schaltelement und das Zusatzschaltelement geöffnet, wodurch kein Drehmoment auf die Antriebswelle übertragen wird. Die Trennkupplung zwischen der Antriebswelle und der getriebeexternen Antriebseinheit kann somit gegebenenfalls entfallen.
  • Umfasst das Getriebe das Zusatzschaltelement, und ist der Rotor an das erste Element des zweiten Planetenradsatzes angebunden, so ist die Bildung von zumindest einem elektrisch antreibbaren Rückwärtsgang zwischen dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes und der Abtriebswelle möglich. Da elektrische Maschinen in beide Drehrichtungen betrieben werden können, ist ein solcher Rückwärtsgang nicht zwingend erforderlich. Weist das Getriebe eine mechanisch angetriebene Pumpe zur Druckversorgung von hydraulischen Verbrauchern auf, so ist bei einer Rückwärtsdrehung der elektrischen Maschine darauf zu achten, dass die Pumpe bei Rückwärtsantrieb nicht Hydraulikfluid aus dem System zurück in den Ölsumpf fördert. Durch eine Drehrichtungsumkehr zwischen Rotor und Abtriebswelle, also einen elektrisch antreibbaren Rückwärtsgang, kann diese Problemstellung auf einfache Weise gelöst werden. Ein erster elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements gebildet. Alternativ oder ergänzend ergibt sich ein zweiter elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang durch Schließen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements. Das vierte Schaltelement und das Zusatzschaltelement sind dabei geöffnet, wodurch kein Drehmoment von der elektrischen Maschine auf die Antriebswelle übertragen wird. Die Trennkupplung zwischen der Antriebswelle und der getriebeexternen Antriebseinheit kann somit gegebenenfalls entfallen.
  • Soll das Kraftfahrzeug ausgehend von einem elektrischen Fahrbetrieb in einen verbrennungsmotorischen Betrieb oder einen hybridischen Betrieb wechseln, so kann von jedem der drei elektrisch antreibbaren Gänge in einen passenden Vorwärts, bzw. Rückwärtsgang gewechselt werden, indem das Zusatzschaltelement geschlossen wird. Durch Schließen des Zusatzschaltelements erfolgt ein Wechsel vom elektrisch antreibbaren Rückwärtsgang in den eigentlichen Rückwärtsgang. Durch Schließen des Zusatzschaltelements erfolgt ein Wechsel vom ersten elektrisch antreibbaren Vorwärtsgang in den ersten Vorwärtsgang. Durch Schließen des Zusatzschaltelements erfolgt ein Wechsel vom zweiten elektrisch antreibbaren Vorwärtsgang in den zweiten Vorwärtsgang. Durch Schließen des Zusatzschaltelements erfolgt ein Wechsel vom dritten elektrisch antreibbaren Vorwärtsgang in den dritten Vorwärtsgang. Durch Schließen des vierten Schaltelements kann ausgehend vom ersten, zweiten oder dritten elektrisch antreibbaren Vorwärtsgang auch in den vierten Vorwärtsgang geschalten werden. Somit kann bei einem Wechsel ausgehend vom elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen oder hybridischen Betrieb eine hohe Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden, wodurch der Fahrkomfort und das Akustikverhalten während dieser Übergangsphase verbessert wird.
  • Umfasst das Getriebe das Zusatzschaltelement, und ist der Rotor mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, so ist die Ausbildung zumindest eines Überlagerungs-Betriebsmodus möglich. Der Überlagerungs-Betriebsmodus ergibt sich dabei durch Schließen des vierten Schaltelements und durch Schließen des fünften oder des dritten Schaltelements. Die übrigen Schaltelemente sowie das Zusatzschaltelement sind dabei geöffnet. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist die Antriebswelle mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wodurch eine an der Antriebswelle vorgegebene Drehzahl an diesem Element anliegt. Durch Vorgabe der Rotordrehzahl ist die Drehzahl des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes festlegbar. Dadurch ist die Drehzahl des dritten Elements des zweiten Planetenradsatzes festgelegt, und stufenlos variierbar. Durch Schließen des fünften oder des dritten Schaltelements wird die am dritten Element des zweiten Planetenradsatzes anliegende Leistung an die Abtriebswelle übertragen. Dadurch kann beispielsweise die Abtriebsdrehzahl bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle und Vorgabe der Rotordrehzahl stufenlos verändert werden. Somit kann bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeugantriebsstrang auch ein Anfahrvorgang dargestellt werden, ohne ein Schaltelement des Getriebes als Anfahrelement im Schlupfbetrieb zu halten.
  • Vorzugsweise weist das Getriebe eine Pumpe zur Druckversorgung von hydraulischen Verbrauchern auf, wobei die Pumpe in Antriebswirkverbindung mit der Antriebswelle oder mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes steht. Denn sowohl die Antriebswelle als auch das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes können in jedem Gang mit der gleichen Drehrichtung betrieben werden, wodurch bei Betrieb der Pumpe die Drehrichtung unberücksichtigt bleiben kann. Dies erlaubt den Einsatz eines einfachen und kostengünstigen Pumpensystems.
  • Prinzipiell kann dem Getriebe in bekannter Weise ein Anfahrelement vorangeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Ein solches Anfahrelement kann auch integraler Bestandteil des Getriebes sein. Das Anfahrelement ermöglicht bei Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug-Antriebsstrang einen Anfahrvorgang, indem es einen Schlupfzustand zwischen Verbrennungsmotor und Abtriebswelle ermöglicht. Bevorzugt ist ein solches Anfahrelement jedoch innerhalb des Getriebes ausgebildet, indem das Zusatzschaltelement als Reibschaltelement ausgebildet wird. Durch Schlupfbetrieb des Zusatzschaltelements ist ein Anfahrvorgang in allen niedrigen Vorwärtsgängen und im Rückwärtsgang möglich. Somit kann ein separates Anfahrelement entfallen. Ist das Zusatzschaltelement als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet oder erlaubt es keine genaue Regelung eines Schlupfzustandes, so kann ein Schlupfzustand beim Anfahren durch das erste Schaltelement für einen Anfahrvorgang in Vorwärtsrichtung und durch das vierte Schaltelement für einen Anfahrvorgang in Rückwärtsrichtung erreicht werden, Das erste, bzw. vierte Schaltelement sind dazu als geeignete kraftschlüssige Schaltelemente auszubilden.
  • Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Antriebswelle des Getriebes drehelastisch verbunden ist. Zwischen Antriebswelle und Verbrennungskraftmaschine kann sich die Trennkupplung befinden, welche Bestandteil des Getriebes sein kann. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welche mit Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Weist das Getriebe die elektrische Maschine auf, so ermöglicht der Antriebsstrang mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
  • Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden. Eine ständig drehfeste Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht und deren verbundene Elemente somit stets die gleiche Drehzahl aufweisen.
  • Unter dem Begriff „Schließen eines Schaltelements“ wird im Zusammenhang mit der Gangbildung ein Vorgang verstanden, bei dem das Schaltelement so angesteuert wird, dass es am Ende des Schließvorgangs ein hohes Maß an Drehmoment überträgt. Während formschlüssige Schaltelemente im „geschlossenen“ Zustand keine Differenzdrehzahl zulassen, ist bei kraftschlüssigen Schaltelementen im „geschlossenen“ Zustand die Ausbildung einer geringen Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften gewollt oder ungewollt möglich.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Gleiche und vergleichbare Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
  • 1 bis 10 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß ersten bis zehnten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
  • 11 ein Schaltschema für die Getriebe gemäß dem ersten bis zehnten Ausführungsbeispiel;
  • 12 bis 15 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem elften bis vierzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 16 ein Schaltschema für die Getriebe gemäß dem dreizehnten und vierzehnten Ausführungsbeispiel; und
  • 17 eine schematische Darstellung einen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
  • 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und einen dritten Planetenradsatz P3 auf. Jeder der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 weist ein erstes Element E11, E12, E13, ein zweites Element E21, E22, E23 und ein drittes Element E31, E32, E33 auf. Das erste Element E11, E12, E13 ist stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so ist das zweite Element E21, E22, E23 durch einen Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet und das dritte Element E31, E32, E33 durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3. In der in 1 dargestellten Ausführungsform des Getriebes G sind die Planetenradsätze P1, P2, P3 als Minus-Radsätze ausgebildet.
  • Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Eine Antriebswelle GW1 ist mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden.
  • Das Getriebe G weist ein erstes Schaltelement 03, ein zweites Schaltelement 06, ein drittes Schaltelement 07, ein viertes Schaltelement 14 und ein fünftes Schaltelement 47 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements 03 wird das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements 06 wird das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des dritten Schaltelements 07 wird das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des vierten Schaltelements 14 wird die Antriebswelle GW1 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements 47 wird das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden.
  • Das Getriebe G weist eine Vielzahl von Koppelungen auf, darunter eine erste Koppelung V1 und eine zweite Koppelung V2. Die erste Koppelung V1 besteht zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G, beispielsweise dem Getriebegehäuse. Die zweite Koppelung V2 besteht zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3. Eine dieser beiden Koppelungen V1, V2 ist stets durch eine ständig drehfeste Verbindung gebildet, im konkreten Ausführungsbeispiel die zweite Koppelung V2. Die andere Koppelung, im gegebenen Ausführungsbeispiel die erste Koppelung V1, ist durch eine mittels des ersten Schaltelements 03 schaltbare Verbindung ausgebildet.
  • Die Planetenradsätze P1, P2, P3 sind in folgender axialen Reihenfolge hintereinander angeordnet: erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3. Die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 sind axial unmittelbar nebeneinander angeordnet, so dass nur das fünfte Schaltelement 47 zwischen den drei Planetenradsätzen P1, P2, P3, angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein axial kompakter Aufbau. Schnittstellen GW1-A, GW2-A der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 sind koaxial zueinander und an gegenüberliegenden Enden des Getriebes G angeordnet. Somit ist das Getriebe G für die Anwendung in einem Fahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Über die Schnittstelle GW1-A kann die Antriebswelle GW1 mit einer getriebeexternen Antriebseinheit verbunden sein oder verbunden werden. In dieser Verbindung kann sich ein Anfahrelement befinden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Ein solches Anfahrelement kann auch Bestandteil des Getriebes G sein. Über die Schnittstelle GW2-A kann die Abtriebswelle GW2 mit einem nicht dargestellten Achsgetriebe AG verbunden werden, welches Teil des Getriebes G sein kann oder auch getriebeextern angeordnet sein kann.
  • Das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist drei als Bremsen ausgebildete Schaltelemente 03, 06, 07 sowie zwei als Kupplungen ausgebildete Schaltelemente 14, 47 auf. Diese hohe Anzahl an als Bremsen ausgebildete Schaltelemente vereinfacht den Aufbau des Getriebes G, da Bremsen aufgrund ihrer gehäusenahen Anordnung einfach zu betätigen sind. Im Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die drei als Bremsen ausgebildeten Schaltelemente 03, 06, 07 axial außerhalb der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 angeordnet. Eine solche Anordnung begünstigt einen radial kompakten Aufbau des Getriebes G. Die drei als Bremsen ausgebildeten Schaltelemente 03, 06, 07 können alternativ dazu auch radial außerhalb der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 angeordnet werden. Durch eine solche Anordnung wird ein axial besonders kompaktes Getriebe G erzielt.
  • Jedes der fünf Schaltelemente 03, 06, 07, 14, 47 kann als formschlüssiges Schaltelement oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele. Im in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind sämtliche dieser Schaltelemente schematisch als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Ausgehend von der Schnittstelle GW-1 der Antriebswelle GW1 sind folgende Schaltelemente im Wesentlichen axial nebeneinander in folgender Reihenfolge angeordnet: viertes Schaltelement 14, drittes Schaltelement 07, zweites Schaltelement 06. Das fünfte Schaltelement 47 ist axial zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz P1, P2 angeordnet. Diese Anordnung ist lediglich beispielhaft anzusehen, und kann bei Bedarf verändert werden. Beispielsweise kann das zweite Schaltelement 06 zumindest abschnittsweise radial innerhalb des dritten Schaltelements 07 angeordnet sein, oder umgekehrt. Das vierte Schaltelement 14 kann radial innerhalb des dritten Schaltelements 07 angeordnet sein. Der Fachmann wird abhängig von äußeren Randbedingungen eine entsprechende Auswahl der möglichen Anordnungen der fünf Schaltelemente treffen.
  • 2 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich Art und Lage des zweiten Schaltelements 06 wurde verändert, indem das zweite Schaltelement 06 nun als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist, welches nun radial nahe zur Hauptdrehachse des Getriebes G angeordnet ist. Die übrigen Schaltelemente sind weiterhin als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet.
  • 3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Darin ist die zweite Koppelung V2 nun durch eine schaltbare Verbindung dargestellt, indem das erste Schaltelement 03 in der Wirkverbindung zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 angeordnet ist. Das erste Schaltelement 03 ist beispielhaft axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem dritten Planetenradsatz P3 angeordnet. Das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ist dementsprechend ständig mit dem drehfesten Bauelement GG verbunden, wodurch in der ersten Koppelung V1 eine ständig drehfeste Verbindung besteht. Auch diese Variation ist für sämtliche Ausführungsbeispiele anwendbar.
  • 4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die räumliche Anordnung der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 und der Schaltelemente 03, 06, 07, 14, 47 wurde verändert. Ausgehend von jenem axialen Ende des Getriebes G, dem die Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 zugeordnet ist, sind die drei Planetenradsätze P1, P2, P3 in folgender axialen Reihenfolge hintereinander angeordnet: dritter Planetenradsatz P3, zweiter Planetenradsatz P2, erster Planetenradsatz P1. Die Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ist als eine Verzahnung ausgebildet, welche dazu eingerichtet ist mit einer zur Hauptachse des Getriebes G achsparallelen Welle mit entsprechender Verzahnung zu kämmen. Das Getriebe G gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist daher für die Anwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet, dessen Antriebsstrang quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Das erste und vierte Schaltelement 03, 14 sind im Bereich der Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 angeordnet. Das zweite und dritte Schaltelement 06, 07 sind im Bereich jenes axialen Endes des Getriebes G angeordnet, welches der Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 gegenüberliegt. Das fünfte Schaltelement 47 ist axial zwischen dem ersten und zweiten Planetenradsatz P1, P2 angeordnet.
  • 5 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel entspricht. Darin ist die zweite Koppelung V2 als eine schaltbare Verbindung ausgebildet, indem das erste Schaltelement 03 in der Wirkverbindung zwischen dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet ist. Das erste Schaltelement 03 ist beispielhaft axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet. Die erste Koppelung V1 ist als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet, indem das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 mit dem drehfesten Bauelement GG ständig verbunden ist.
  • 6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel entspricht. Darin ist die Bauart und Anordnung des zweiten Schaltelementes 06 modifiziert, sodass das zweite Schaltelement 06 nun als formschlüssiges Schaltelement mit kleinem Wirkdurchmesser ausgeführt ist.
  • 7 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun ein Zusatzschaltelement 15 auf, durch dessen Schließen die Antriebswelle GW1 mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbindbar ist. Die in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ständige Verbindung zwischen der Antriebswelle GW1 und dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist demnach durch eine schaltbare Verbindung ersetzt. Das Zusatzschaltelement ist beispielhaft als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, und ist axial neben dem vierten Schaltelement 14 angeordnet.
  • 8 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel entspricht. Darin ist die Bauart und Anordnung des Zusatzschaltelementes 15 modifiziert, sodass das Zusatzschaltelement 15 nun als formschlüssiges Schaltelement mit kleinem Wirkdurchmesser ausgeführt ist.
  • 9 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun das Zusatzschaltelement 15 auf, welches axial neben dem vierten Schaltelement 14 angeordnet ist. Das Zusatzschaltelement 15 ist dabei als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • 10 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 9 dargestellten neunten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Zusatzschaltelement 15 ist nun als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, und ist dementsprechend auf einem kleinen Wirkdurchmesser angeordnet. Zudem befindest sich das erste Schaltelement 03 in der zweiten Koppelung V2. Das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ist daher ständig drehfest festgesetzt.
  • 11 zeigt ein Schaltschema, welches für die Getriebe G gemäß dem ersten bis zehnten Ausführungsbeispiel anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind drei Rückwärtsgänge R1, R2, R3 sowie ein erster bis sechster Vorwärtsgang 1 bis 6 angegeben. Dabei sind insgesamt vier Varianten 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 zur Bildung des vierten Vorwärtsganges 4 angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 03, 06, 07, 14, 47 sowie gegebenenfalls das Zusatzschaltelement 15 in welchem Gang 1 bis 6, bzw. R1, R2, R3 geschlossen sind. Die Gänge beziehen sich dabei auf feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 des Getriebes G. Weist das Getriebe G das Zusatzschaltelement 15 nicht auf, so sind der zweite Rückwärtsgang R2 sowie die als 4.2, 4.3, 4.4 bezeichneten Variante des vierten Vorwärtsganges nicht ausbildbar.
  • 12 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun eine elektrische Maschine EM auf, welche einen drehfesten Stator S und einen drehbaren Rotor R umfasst. Der Rotor R ist dabei ständig mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Darüber hinaus weist das Getriebe G eine Anschlusswelle AN auf, welche über eine Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Die elektrische Maschine EM ist dazu eingerichtet, Leistung auf die Antriebswelle GW1 aufzubringen, oder von dieser Leistung aufzunehmen. Bei Verwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeugantriebsstrang ist das Getriebe G mittels der elektrischen Maschine EM dazu eingerichtet, das Fahrzeug anzutreiben oder generatorisch abzubremsen.
  • 13 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zwölften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem elften Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung der Getriebekomponenten wurde verändert, so dass die Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 nun im Bereich desselben axialen Endes des Getriebes G wie die Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 angeordnet ist.
  • 14 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dreizehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Rotor R der elektrischen Maschine EM ist nun an dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 angebunden. Die Anschlusswelle AN sowie die Trennkupplung K0 entfallen. Durch eine solche Anbindung der elektrischen Maschine EM ist neben verschiedenen elektrisch antreibbaren Fahrgängen auch ein stufenloser Betrieb des Getriebes G möglich. Für einen solchen stufenlosen Betrieb ist das vierte Schaltelement 14 zu schließen, so dass Drehmoment von der getriebeexternen Antriebsquelle über das geschlossene vierte Schaltelement 14 auf das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 wirkt. Die elektrische Maschine EM wirkt auf das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2. Bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle GW1 und Vorgabe der Drehzahl des Rotors R ist die Drehzahl des dritten Elements E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 festgelegt. Durch Schließen des dritten Schaltelementes 07 oder des fünften Schaltelementes 47 erfolgt eine Drehmomentübertragung ausgehend vom dritten Element E23 des zweiten Planetenradsatzes P2 über den ersten Planetenradsatz P1 zur Abtriebswelle GW2.
  • 15 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines vierzehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem dreizehnten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die geometrische Anordnung der Getriebekomponenten wurde verändert, so dass die Schnittstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 nun im Bereich desselben axialen Endes des Getriebes G wie die Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Die elektrische Maschine EM ist aufgrund ihrer Anbindung an das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 am gegenüberliegenden axialen Ende des Getriebes G wie die Schnittstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 angeordnet.
  • 16 zeigt ein Schaltschema für die Getriebe G gemäß dem dreizehnten bis vierzehnten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschemas sind die Rückwärtsgänge R1, R2, R3 und die sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 angegeben. Die Bildung der Rückwärtsgänge R1, R2, R3 und der sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 entspricht der Gangbildung in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen. Darüber hinaus sind in den Zeilen des Schaltschemas zwei elektrisch antreibbare Rückwärtsgänge ER1, ER2, ein ersten bis dritter elektrisch antreibbarer Vorwärtsgang E1 bis E3 sowie ein erster Überlagerungs-Betriebsmodus EDA1 und ein zweiter Überlagerungs-Betriebsmodus EDA2 angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 03, 06, 07, 14, 47 sowie das Zusatzschaltelement 15 in welchem Gang, beziehungsweise Betriebsmodus geschlossen sind. Die elektrisch antreibbaren Rückwärtsgänge ER1, ER2 und die elektrisch antreibbaren Vorwärtsgänge E1 bis E3 beziehen sich auf feste Übersetzungsverhältnisse zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Abtriebswelle GW2. In diesen elektrisch antreibbaren Gängen ER, E1, E2, E3 erfolgt dabei keine Drehmomentübertragung zur Antriebswelle GW1, da das vierte Schaltelement 14 und das Zusatzschaltelement 15 geöffnet sind. Eine getriebeexterne Antriebseinheit, welche mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist, wird somit in den elektrischen Gängen ER1, ER2, E1, E2, E3 nicht mitgeschleppt. Die Überlagerungs-Betriebsmodi EDA1, EDA2 beziehen sich auf stufenlose Betriebsmodi des Getriebes G. Bei vorgegebener Drehzahl der Antriebswelle GW1 und Vorgabe der Drehzahl des Rotors R ist in den Überlagerungs-Betriebsmodi EDA1, EDA2 ein stufenloser Betrieb des Getriebes G möglich. In den Überlagerungs-Betriebsmodi EDA1, EDA2 kann somit beispielsweise ein Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeugs mit dem Getriebe G dargestellt werden.
  • 17 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 17 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 12 dargestellten elften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM könnte über den Torsionsschwingungsdämpfer TS auch direkt mit der Antriebswelle GW1 der Getriebes G verbunden sein. Das Getriebe G könnte auch ohne elektrische Maschine EM und/oder ohne dem Zusatzschaltelement 15 ausgebildet sein. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der gegenständlichen Ausführungsbeispiele, mit oder ohne elektrische Maschine EM, ausgeführt sein. Der Antriebsstrang könnte auch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler enthalten, welcher beispielsweise zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Ein solcher Drehmomentwandler kann auch eine Überbrückungskupplung umfassen. Der Fachmann wird Anordnung und räumliche Lage der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges je nach den äußeren Randbedingungen frei konfigurieren. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG verbunden, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GG
    Drehfestes Bauelement
    P1
    Erster Planetenradsatz
    E11
    Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
    E21
    Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
    E31
    Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
    P2
    Zweiter Planetenradsatz
    E12
    Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
    E22
    Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
    E32
    Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
    P3
    Dritter Planetenradsatz
    E13
    Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
    E23
    Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
    E33
    Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
    03
    Erstes Schaltelement
    06
    Zweites Schaltelement
    07
    Drittes Schaltelement
    14
    Viertes Schaltelement
    47
    Fünftes Schaltelement
    15
    Zusatzschaltelement
    V1
    Erste Koppelung
    V2
    Zweite Koppelung
    1
    Erster Vorwärtsgang
    2
    Zweiter Vorwärtsgang
    3
    Dritter Vorwärtsgang
    4.1
    Vierter Vorwärtsgang
    4.2
    Vierter Vorwärtsgang
    4.3
    Vierter Vorwärtsgang
    4.4
    Vierter Vorwärtsgang
    5
    Fünfter Vorwärtsgang
    6
    Sechster Vorwärtsgang
    E1
    Erster elektrisch antreibbarer Vorwärtsgang
    E2
    Zweiter elektrisch antreibbarer Vorwärtsgang
    E3
    Dritter elektrisch antreibbarer Vorwärtsgang
    ER
    Elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang
    ER2
    Elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang
    ER3
    Elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang
    EDA1
    Erster Überlagerungs-Betriebsmodus
    EDA2
    Zweiter Überlagerungs-Betriebsmodus
    R1
    Erster Rückwärtsgang
    R2
    Zweiter Rückwärtsgang
    R3
    Dritter Rückwärtsgang
    GW1
    Antriebswelle
    GW1-A
    Schnittstelle der Antriebswelle
    GW2
    Abtriebswelle
    GW2-A
    Schnittstelle der Abtriebswelle
    EM
    Elektrische Maschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    AN
    Anschlusswelle
    K0
    Trennkupplung
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    TS
    Torsionsschwingungsdämpfer
    AG
    Achsgetriebe
    DW
    Antriebsräder
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (16)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) sowie zumindest ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (03, 06, 07, 14, 47) aufweist, – wobei die Planetenradsätze (P1, P2, P3) je ein erstes Element (E11, E12, E13), ein zweites Element (E21, E22, E23) und ein drittes Element (E31, E32, E33) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12, E13) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22, E23) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32, E33) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3) gebildet ist, – wobei die Abtriebswelle (GW2) mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) und mit dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) ständig verbunden ist, – wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei das Getriebe (G) eine erste Koppelung (V1) und eine zweite Koppelung (V2) aufweist, wobei die erste Koppelung (V1) zwischen dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) und einem drehfesten Element (GG) des Getriebes (G) besteht, wobei die zweite Koppelung (V2) zwischen dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, wobei eine der beiden Koppelungen (V1, V2) durch eine drehfeste Verbindung gebildet ist und die verbleibende der beiden Koppelungen (V1, V2) durch eine mittels dem ersten Schaltelement (03) schaltbare Verbindung gebildet ist, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (06) das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (07) das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (14) die Antriebswelle (GW1) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, – wobei die Antriebswelle (GW1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) entweder ständig verbunden oder durch Schließen eines Zusatzschaltelements (15) verbindbar ist, – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (47) das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, und – wobei keine mittels nur eines Schaltelements schaltbare Verbindung zwischen dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) besteht.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, wobei durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 47) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar sind, wobei sich – der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des ersten Schaltelements (03), des zweiten Schaltelements (06) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15), – der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des ersten Schaltelements (03), des dritten Schaltelements (07) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des ersten Schaltelements (03), des fünften Schaltelements (47) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15), – der vierte Vorwärtsgang (4.2, 4.3, 4.4; 4.1) zumindest durch Schließen des ersten Schaltelements (03) und des vierten Schaltelements (14), – der fünfte Vorwärtsgang (5) durch Schließen des vierten Schaltelements (14), des fünften Schaltelements (47) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15), und – der sechste Vorwärtsgang (6) sich durch Schließen des dritten Schaltelements (07), des vierten Schaltelements (14) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15) ergibt.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzschaltelement (15) entweder als formschlüssiges Schaltelement oder als kraftschlüssiges Reibschaltelement mit Reibflächen gleicher Oberflächenbeschaffenheit ausgebildet ist.
  4. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (06) entweder als formschlüssiges Schaltelement oder als kraftschlüssiges Reibschaltelement mit Reibflächen gleicher Oberflächenbeschaffenheit ausgebildet ist.
  5. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der dritte Planetenradsatz (P3) den größten axialen Abstand zur Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist.
  6. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittstellen (GW1-A, GW2-A) der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander sind, wobei von den drei Planetenradsätzen (P1, P2, P3) der dritte Planetenradsatz (P3) den kürzesten axialen Abstand zur Schnittstelle (GW1-A) der Antriebswelle (GW1) aufweist.
  7. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (06), des fünften Schaltelements (47) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15) ausbildbar ist.
  8. Getriebe (G) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des Zusatzschaltelements (15) die Antriebswelle (GW1) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei sich alternativ oder ergänzend zum Rückwärtsgang (R1) ein zweiter Rückwärtsgang (R2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (06), des vierten Schaltelements (14) und des fünften Schaltelements (47) ergibt.
  9. Getriebe (G) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich alternativ oder ergänzend zum Rückwärtsgang (R1) ein dritter Rückwärtsgang (R3) durch Schließen des dritten Schaltelements (07), des fünften Schaltelements (47) und gegebenenfalls des Zusatzschaltelements (15) ergibt.
  10. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem Stator (S) und einem Rotor (R) aufweist, wobei der Rotor (R) entweder mit der Antriebswelle (GW1) oder mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist.
  11. Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) über eine Trennkupplung (K0) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
  12. Getriebe (G) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) das Zusatzschaltelement (15) aufweist und der Rotor (R) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei durch selektives paarweises Schließen der Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 47) drei elektrisch antreibbare Vorwärtsgänge (E1 bis E3) zwischen dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar sind, wobei sich – der erste elektrisch antreibbare Vorwärtsgang (E1) durch Schließen des ersten Schaltelements (03) und des zweiten Schaltelements (06), – der zweite elektrisch antreibbare Vorwärtsgang (E2) durch Schließen des ersten Schaltelements (03) und des dritten Schaltelements (07), und – der dritte elektrisch antreibbare Vorwärtsgang (E3) sich durch Schließen des ersten Schaltelements (03) und des fünften Schaltelements (47) ergibt.
  13. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) das Zusatzschaltelement (15) aufweist und der Rotor (R) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei durch selektives paarweises Schließen der Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 15, 47) zumindest ein elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang (ER1, ER2) zwischen dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar ist, wobei sich – ein erster elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang (ER1) durch Schließen des zweiten Schaltelements (06) und des fünften Schaltelements (47), und – ergänzend oder alternativ dazu sich ein zweiter elektrisch antreibbarer Rückwärtsgang (ER2) durch Schließen des dritten Schaltelements (07) und des fünften Schaltelements (47) ergibt.
  14. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) das Zusatzschaltelement (15) aufweist und der Rotor (R) mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, wobei durch selektives paarweises Schließen der Schaltelemente (03, 06, 07, 14, 15, 47) zumindest ein Überlagerungsbetriebsmodus (EDA1, EDA2) ausbildbar ist, wobei sich – ein erster Überlagerungsbetriebsmodus (EDA1) durch Schließen des vierten Schaltelements (14) und des fünften Schaltelements (47), und – ergänzend oder alternativ dazu sich ein zweiter Überlagerungsbetriebsmodus (EDA2) durch Schließen des dritten Schaltelements (07) und des vierten Schaltelements (14) ergibt.
  15. Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Pumpe (P) zur Druckversorgung hydraulischer Verbraucher des Getriebes (G) aufweist, wobei die Pumpe (P) in Antriebsverbindung mit der Antriebswelle (GW1) oder mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) steht.
  16. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 sowie ein mit Rädern (DW) des Hybridfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Antriebswelle (GW1) des Getriebes (G) über einen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) entweder direkt oder über die Trennkupplung (K0) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) drehelastisch verbunden ist, und wobei die Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) mit dem Achsgetriebe (AG) antriebswirkverbunden ist.
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