DE102016207395A1

DE102016207395A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe

Info

Publication number: DE102016207395A1
Application number: DE102016207395.8A
Authority: DE
Inventors: Viktor Warth; Stefan Beck; Martin Brehmer; Matthias Horn; Johannes Kaltenbach; Julian King; Jens Moraw; Eckehard Münch; Gerhard Niederbrucker; Juri Pawlakowitsch; Stephan Scharr; Michael Wechs; Peter Ziemer; Uwe Griesmeier; Raffael Kuberczyk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) sowie fünf Schaltelemente (05, 06, 07, 36, 37) aufweist, wobei durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (05, 06, 07, 36, 37) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) und ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei das Getriebe (G) einen Vorschaltradsatz (VRS) aufweist, der dazu eingerichtet ist an einer Vorschaltradsatzwelle (Wx) eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1) erhöhte Drehzahl bereitzustellen, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, und einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Wellen des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Die Offenlegungsschrift DE 199 12 480 A1 der Anmelderin beschreibt ein automatisch schaltbares Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Planetenradsätzen, drei Bremsen und zwei Kupplungen zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 dieser Offenlegungsschrift ist die Abtriebswelle dabei mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes, beide ausgeführt als Minus-Radsatz, verbunden. Die Antriebswelle ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes verbunden. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ständig verbunden. Die drei Bremsen wirken auf das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes, auf das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes und auf den Steg des ersten Planetenradsatzes. Die beiden Kupplungen verbinden die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes, bzw. mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes.
Das Getriebe gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 der oben genannten Offenlegungsschrift weist eine vergleichsweise geringe Spreizung auf, wie 10 und 11 dieser Offenlegungsschrift zu entnehmen ist.
Ein ähnliches Getriebe mit sieben Vorwärtsgängen ist aus 3 des Patents US 6 736 750 B1 bekannt. Dabei ist das Sonnenrad des als 120 bezeichneten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, und die Antriebswelle ist über eine Kupplung mit dem Sonnenrad des als 130 bezeichneten Planetenradsatzes verbunden. Der zusätzliche Vorwärtsgang wird durch eine zusätzliche Kupplung zwischen dem Steg des als 140 bezeichneten Planetenradsatzes und dessen Hohlrad erreicht. Auch dieses Getriebe weist nur eine geringe Spreizung auf, wie aus 4 des Patents zu entnehmen ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung die im Stand der Technik bekannten Getriebe so zu modifizieren, dass die Spreizung des Getriebes verbessert wird.
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 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 zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden.
Das Getriebe weist zahlreiche Koppelungen auf, darunter eine erste, zweite, dritte und vierte Koppelung. 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 der Antriebswelle und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Die dritte Koppelung besteht zwischen dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes. Die vierte Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes. Drei dieser vier Koppelungen sind dabei als ständig drehfeste Verbindungen zwischen den genannten Bauelementen des Getriebes ausgebildet. Die verbleibende der vier Koppelungen ist als eine mittels des ersten Schaltelements schaltbare Verbindung ausgebildet. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe einen Vorschaltradsatz auf, welcher dazu eingerichtet ist an einer Vorschaltradsatzwelle eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle erhöhte Drehzahl bereitzustellen. Dieser Vorschaltradsatz kann auf verschiedene Weisen aufgebaut sein, beispielsweise als Vorgelege-Stirnradstufe oder auch als Planetenradsatz. Durch Schließen des vierten Schaltelements wird die Vorschaltradsatzwelle mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatz verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements wird die Vorschaltradsatzwelle mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden.
Durch den Vorschaltradsatz ist die von den beiden Kupplungen, also den Schaltelementen vier und fünf, übertragene Drehzahl größer als die auf das erste Element des zweiten Planetenradsatzes übertragene, bzw. übertragbare Drehzahl. Dadurch kann die Spreizung des Getriebes erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Vorschaltradsatz als ein vierter Planetenradsatz mit einem ersten, zweiten und dritten Element ausgebildet. Das erste Element wird stets durch das Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element durch den Steg des vierten Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch das Hohlrad. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg. Das erste Element des vierten Planetenradsatzes ist dabei ständig drehfest festgesetzt, während das zweite Element des vierten Planetenradsatzes ständig mit der Antriebswelle verbunden ist. Das dritte Element des vierten Planetenradsatzes ist Bestandteil der Vorschaltradsatzwelle. Diese Ausbildung ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes koaxial zu den anderen Planetenradsätzen des Getriebes bei gleichzeitig gutem Wirkungsgrad.
Durch selektives Schließen von zwei der fünf Schaltelemente sind sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements. Ein zweiter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements. Ein dritter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements. Ein vierter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements. Ein fünfter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements und des fünften Schaltelements. Ein sechster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements. Ein Rückwärtsgang zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements und des fünften Schaltelements. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Vorwärtsgänge stets zwei Schaltelemente auf, die in beiden diesen Gängen geschlossen sind. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer zwischen benachbarten Vorwärtsgängen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform sind Schnittstellen der Antriebswelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander und an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes angeordnet. Die Schnittstelle der Antriebswelle ist zur Übertragung einer Drehbewegung von einer getriebe-externen Antriebseinheit an das Getriebe ausgebildet, und kann beispielsweise als Flansch oder als Steckverzahnung ausgebildet sein. Die Schnittstelle kann auf der Antriebswelle ausgebildet sein oder auf einer mit der Antriebswelle verbindbaren Anschlusswelle. Die Schnittstelle kann beispielsweise auch an einem mit der Antriebswelle verbundenen hydrodynamischen Drehmomentwandler ausgebildet sein, welcher als Anfahrelement dient. Die Schnittstelle der Abtriebswelle ist zur Übertragung einer Drehbewegung von der Abtriebswelle zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs hin ausgerichtet. 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. Vorzugsweise ist der Vorschaltradsatz axial zwischen der Antriebswellenschnittstelle und dem ersten Planetenradsatz angeordnet.
Vorzugsweise ist das zweite Schaltelement als ein 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. Gemäß einer alternativen Ausführung kann das zweite Schaltelement als ein kraftschlüssiges Reibschaltelement ausgebildet sein, dessen Lamellen ausschließlich belaglose Reibflächen aufweisen. In anderen Worten weist der scheibenförmige Grundkörper jeder Lamelle des Reibschaltelements keinen auf die Lamelle aufgebrachten Reibbelag auf. Die Reibflächen einzelner oder sämtlicher Lamellen eines solchen Reibschaltelements können jedoch wärmebehandelt sein, beispielsweise nitriert. Derartige Reibschaltelemente sind für hohe Flächenpressungen ausgelegt, und können daher mit kleiner Reibfläche und wenigen Lamellen ausgebildet werden. Dadurch können die Schleppverluste eines solchen Schaltelements im geöffneten Zustand reduziert werden. Das zweite Schaltelement eignet sich besonders für eine derartige Ausgestaltung, das es lediglich im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang geschlossen ist. Zudem weist das zweite Schaltelement in diesen beiden Gängen eine hohe Drehmomentbelastung auf, wodurch eine Ausführung als herkömmliches Reibschaltelement mit Reibbelägen nur mit einer hohen Lamellenzahl umzusetzen ist.
Vorzugsweise sind zumindest drei, besonders bevorzugt genau vier der fünf Schaltelemente axial zwischen dem Vorschaltradsatz und dem ersten Planetenradsatz angeordnet. Eine solche geometrische Gruppierung der Schaltelemente erleichtert die Zuführung von Hydraulikfluid zu den Betätigungsvorrichtungen der Schaltelemente. Besonders bevorzugt sind das zweite, dritte, vierte und fünfte Schaltelement axial zwischen dem Vorschaltradsatz und dem ersten Planetenradsatz angeordnet.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor, wobei der Rotor in ständiger Wirkverbindung zur Antriebswelle steht. 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 verbunden und dessen Hohlrad mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden sein, sodass die Drehzahl des Rotors im Vergleich zur Antriebswellendrehzahl vergrößert wird. Besonders bevorzugt ist der Rotor mit der Vorschaltradsatzwelle ständig drehfest verbunden. Der zur Gangbildung des Getriebes beitragende Vorschaltradsatz kann somit zur Vorübersetzung der elektrischen Maschine betragen. Durch die elektrische Maschine kann die Funktionalität des Getriebes erweitert werden, wodurch sich das Getriebe für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs eignet. Die funktionale Anbindung des Rotors an die Antriebswelle erlaubt die Nutzung sämtlicher Gangstufen bei Antrieb des Hybridfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine.
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. Durch Öffnen der Trennkupplung kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine in sämtlichen Gängen 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 getriebeexternen Antriebseinheit erzeugte Drehschwingungen zur Antriebswelle hin gedämpft werden.
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 zweite Schaltelement als Reibschaltelement ausgebildet wird. Durch Schlupfbetrieb des zweiten Schaltelements ist ein Anfahrvorgang im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang möglich. Somit kann ein separates Anfahrelement entfallen. Ist das zweite Schaltelement als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet oder erlaubt es kein genaue Regelung eines Schlupfzustandes, so kann ein Schlupfzustand beim Anfahren durch das erste Schaltelement für einen Anfahrvorgang in Vorwärtsrichtung und durch das fünfte Schaltelement für einen Anfahrvorgang in Rückwärtsrichtung erreicht werden, Das erste und fünfte 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, bzw. verbindbar 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 wirkverbunden 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. Es zeigen:
1 bis 4 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß ersten bis vierten Ausführungsbeispielen der Erfindung;
5 ein Schaltschema des Getriebes;
6 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
7 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und einen dritten Planetenradsatz P3 auf. Jeder der drei Planetenradsätze P1, P2, P3 weist ein erstes Element E11, E12, E13, ein zweites Element E21, E22, E23 und ein drittes Element E31, E32, E33 auf. Das erste Element E11, E12, E13 ist stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so ist das zweite Element E21, E22, E23 durch einen Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3 gebildet und das dritte Element E31, E32, E33 durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2, P3. In der in 1 dargestellten Ausführungsform des Getriebes G sind die Planetenradsätze P1, P2, P3 als Minus-Radsätze ausgebildet.
Eine Antriebswelle GW1 des Getriebes G ist mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Eine Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ist mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Durch Schließen eines ersten Schaltelementes 05 ist das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar. Durch Schließen eines zweiten Schaltelementes 06 ist das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das damit verbundene dritte Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest festsetzbar. Durch Schließen eines dritten Schaltelementes 07 ist das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festsetzbar. Das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ständig verbunden.
Das Getriebe G weißt einen als Planetenradsatz ausgebildeten Vorschaltradsatz VRS auf, welcher als vierter Planetenradsatz P4 bezeichnet ist. Ein erstes Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4, welches als ein Sonnenrad ausgebildet ist, ist ständig drehfest festgesetzt. Ein zweites Element E24 des vierten Planetenradsatzes P4, welches als ein Steg ausgebildet ist, ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Ein drittes Element E34 des vierten Planetenradsatzes P4, welches als ein Hohlrad ausgebildet ist, ist Bestandteil einer Vorschaltradsatzwelle Wx. Die Vorschaltradsatzwelle Wx ist über ein viertes Schaltelement 36 mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar. Durch Schließen eines fünften Schaltelements 37 ist die Vorschaltradsatzwelle Wx mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindbar.
Der in 1 dargestellte Aufbau des Vorschaltradsatzes VRS ist lediglich beispielhaft anzusehen. Statt dem Aufbau als Planetenradsatz könnte der Vorschaltradsatz auch als eine Vorgelege-Stirnradstufe ausgebildet sein. Bei einem Aufbau als Planetenradsatz könnte der Vorschaltradsatz VRS auch als ein Plus-Radsatz ausgebildet sein. Bei einem Aufbau als Minus-Planetenradsatz könnte auch dessen zweites Element ständig drehfest festgesetzt sein, dessen Hohlrad mit der Antriebswelle GW1 verbunden, und dessen Sonnenrad Bestandteil der Vorschaltradsatzwelle Wx sein.
Die Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 sind ausgehend von einer Schnittstelle GW1A der Antriebswelle GW1 in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: Vierter Planetenradsatz P4, erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3. Die Schnittstelle GW1A der Antriebswelle GW1 und eine Schnittstelle GW2A der Abtriebswelle GW2 sind an gegenüberliegenden axialen Enden des Getriebes G angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Schaltelemente 06, 07, 36, 37 axial zwischen dem Vorschaltradsatz VRS und dem ersten Planetenradsatz P1 angeordnet. Sämtliche Schaltelemente sind dabei schematisch als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der Schaltelemente könnte auch als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
Das Getriebe G umfasst optional eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R. Der Rotor R kann dabei entweder direkt mit der Antriebswelle GW1 verbunden sein oder, wie in 1 dargestellt, mit der Vorschaltradsatzwelle Wx. Das Getriebe G kann optional auch eine Anschlusswelle AN umfassen, welche über eine optionale Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist.
Das Getriebe G umfasst zahlreiche Koppelungen, darunter eine erste Koppelung V1, eine zweite Koppelung V2, eine dritte Koppelung V3 und eine vierte Koppelung V4. Die erste Koppelung V1 besteht zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G, welches beispielsweise durch ein Gehäuse des Getriebes G gebildet sein kann. Die zweite Koppelung V2 besteht zwischen der Antriebswelle GW1 und dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2. Die dritte Koppelung V3 besteht zwischen dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3. Die vierte Koppelung V4 besteht zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3. Drei der vier Koppelungen V1 bis V4 sind dabei als ständig drehfeste Verbindungen ausgebildet, während die verbleibende der vier Koppelungen V1 bis V4 als eine mittels des ersten Schaltelements 05 schaltbare Verbindung ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die erste Koppelung V1 als die schaltbare Verbindung ausgebildet, während die Koppelungen V2 bis V4 als ständig drehfeste Verbindungen ausgebildet sind.
2 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des ersten Schaltelementes 05 wurde verändert, so dass erste Schaltelement 05 sich nun in der dritten Koppelung V3 zwischen dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem zweiten Element E23 des dritten Planetenradsatzes P3 befindet. Die erste Koppelung V1 zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem drehfesten Bauelement GG ist dementsprechend nun als ständig drehfeste Verbindung ausgebildet.
3 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des ersten Schaltelementes 05 wurde verändert, so dass das erste Schaltelement 05 nun in der vierten Koppelung V4 zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 angeordnet ist. Die vierte Koppelung V4 ist demnach nun als schaltbare Verbindung ausgebildet, während die erste Koppelung V1 zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem drehfesten Bauelement GG als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet ist.
4 zeigt schematisch ein Getriebe G gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des ersten Schaltelementes 05 wurde verändert, so dass sich das erste Schaltelement 05 nun in der zweiten Koppelung V2 befindet. Die zweite Koppelung V2, welche zwischen der Antriebswelle GW1 und dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 besteht, ist demnach nun als eine schaltbare Verbindung ausgebildet. Die erste Koppelung V1 zwischen dem ersten Element E13 des dritten Planetenradsatzes P3 und dem drehfesten Bauelement GG ist dementsprechend als eine ständig drehfeste Verbindung ausgebildet.
5 zeigt ein Schaltschema, welches für die Getriebe G gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind ein Rückwärtsgang R1 sowie ein erster bis sechster Vorwärtsgang 1 bis 6 angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 05, 06, 07, 36, 37 in welchem Gang 1 bis 6 beziehungsweise R1 geschlossen sind. Die Gänge beziehen sich dabei auf feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2.
6 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G umfasst dabei die optionale elektrische Maschine EM sowie die Anschlusswelle AN und Trennkupplung K0 nicht. Dies dient lediglich der Verdeutlichung, dass diese Komponenten nicht wesentliche Bestandteile des Getriebes G sind. Jedes der vorangegangenen Ausführungsbeispiele könnte demnach auch ohne elektrische Maschine EM, ohne Trennkupplung K0 und ohne Anschlusswelle AN ausgeführt werden. Zusätzlich ist im Ausführungsbeispiel gemäß 6 das zweite Schaltelement 06 schematisch als ein formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Das zweite Schaltelement 06 weist dabei einen möglichst geringen Wirkdurchmesser auf, um den Herstellungsaufwand der formschlüssigen Verbindung gering zu halten. Eine derartige Ausbildung des zweiten Schaltelementes 06 ist für sämtliche vorangegangenen Ausführungsbeispiele in gleicher Weise anwendbar. Das in 5 dargestellte Schaltschema ist auf das fünfte Ausführungsbeispiel ebenso anwendbar.
7 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 7 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM könnte über den Torsionsschwingungsdämpfer TS auch direkt mit der Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden sein. Das Getriebe G könnte auch ohne elektrische Maschine EM ausgebildet sein. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der gegenständlichen Ausführungsbeispiele, mit oder ohne elektrische Maschine EM, ausgeführt sein. Der Antriebsstrang könnte anstelle der Trennkupplung K0 auch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler enthalten, welcher zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer TS 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
GW1: Antriebswelle
GW2: Abtriebswelle
GW1A: Schnittstelle der Antriebswelle
GW2A: Schnittstelle der Abtriebswelle
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
P4: Vierter Planetenradsatz
E14: Erstes Element des vierten Planetenradsatzes
E24: Zweites Element des vierten Planetenradsatzes
E34: Drittes Element des vierten Planetenradsatzes
05: Erstes Schaltelement
06: Zweites Schaltelement
07: Drittes Schaltelement
36: Viertes Schaltelement
37: Fünftes Schaltelement
V1: Erste Koppelung
V2: Zweite Koppelung
V3: Dritte Koppelung
V4: Vierte Koppelung
VRS: Vorschaltradsatz
Wx: Vorschaltradsatzwelle
1: Erster Vorwärtsgang
2: Zweiter Vorwärtsgang
3: Dritter Vorwärtsgang
4: Vierter Vorwärtsgang
5: Fünfter Vorwärtsgang
6: Sechster Vorwärtsgang
R1: Rückwärtsgang
EM: Elektrische Maschine
R: Rotor
S: Stator
K0: Trennkupplung
VKM: Verbrennungskraftmaschine
DW: Räder
AG: Achsgetriebe
TS: Torsionsschwingungsdämpfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19912480 A1 [0002]
US 6736750 B1 [0004]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Schaltelement (05, 06, 07, 36, 37) 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 (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig verbunden ist, – wobei das Getriebe (G) eine erste Koppelung (V1), eine zweite Koppelung (V2), eine dritte Koppelung (V3) und eine vierte Koppelung (V4) aufweist, – wobei die erste Koppelung (V1) zwischen dem ersten Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) und einem drehfesten Bauelement (GG) des Getriebes (G) besteht, – wobei die zweite Koppelung (V2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) besteht, – wobei die dritte Koppelung (V3) zwischen dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem zweiten Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, – wobei die vierte Koppelung (V4) zwischen dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, – wobei drei der vier Koppelungen (V1 bis V4) als ständig drehfeste Verbindungen ausgebildet sind, und die verbleibende der vier Koppelungen (V1 bis V4) als eine mittels des ersten Schaltelements (05) schaltbare Verbindung ausgebildet 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, dadurch gekennzeichnet, dass – das Getriebe (G) einen Vorschaltradsatz (VRS) aufweist, der dazu eingerichtet ist an einer Vorschaltradsatzwelle (Wx) eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1) erhöhte Drehzahl bereitzustellen, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (36) die Vorschaltradsatzwelle (Wx) mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist, und – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (37) die Vorschaltradsatzwelle (Wx) mit dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) als ein vierter Planetenradsatz (P4) mit einem ersten Element (E14), einem zweiten Element (E24) und einem dritten Element (E34) ausgebildet ist, – wobei das erste Element (E14) des vierten Planetenradsatzes (P4) durch ein Sonnenrad gebildet ist, wobei das zweite Element (E24) des vierten Planetenradsatzes (P4) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad gebildet ist, wobei das dritte Element (E34) des vierten Planetenradsatzes (P4) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg gebildet ist, – wobei das erste Element (E14) des vierten Planetenradsatzes (P4) ständig drehfest festgesetzt ist, das zweite Element (E24) des vierten Planetenradsatzes (P4) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, und das dritte Element (E34) des vierten Planetenradsatzes (P4) ein Bestandteil der Vorschaltradsatzwelle (Wx) ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der fünf Schaltelemente (05, 06, 07, 36, 37) sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6) und ein Rückwärtsgang (R1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich – der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des ersten Schaltelements (05) und des zweiten Schaltelements (06), – der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des ersten Schaltelements (05) und des dritten Schaltelements (07), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des ersten Schaltelements (05) und des fünften Schaltelements (37), – der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des ersten Schaltelements (05) und des vierten Schaltelements (36), – der fünfte Vorwärtsgang (5) durch Schließen des vierten Schaltelements (36) und des fünften Schaltelements (37), – der sechste Vorwärtsgang (6) durch Schließen des dritten Schaltelements (07) und des vierten Schaltelements (36), und – der Rückwärtsgang (R1) sich durch Schließen des zweiten Schaltelements (06) und des fünften Schaltelements (37) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittstellen (GW1A, GW2A) 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 (GW1A) der Antriebswelle (GW1) aufweist.
Getriebe (G) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) axial zwischen der Schnittstelle (GW1A) der Antriebswelle (GW1) und dem ersten Planetenradsatz (P1) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (06) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist oder alternativ dazu als kraftschlüssiges Reibschaltelement ausgebildet ist, dessen Lamellen ausschließlich belaglose Reibflächen aufweisen.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei der fünf Schaltelemente (05, 06, 07, 36, 37) axial zwischen dem Vorschaltradsatz (VRS) und dem ersten Planetenradsatz (P1) angeordnet sind.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S) und einem drehbaren Rotor (R) umfasst, wobei der Rotor (R) entweder direkt oder mittels eines festen Übersetzungsverhältnisses mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) mit der Vorschaltradsatzwelle (Wx) ständig drehfest verbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) über eine Trennkupplung (K0) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie ein mit Rädern (DW) des Kraftfahrzeugs 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.