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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem solchen Getriebe. Vorliegend bezeichnet ein Getriebe ein mehrgängiges Getriebe, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer An- und einer Abtriebsseite des Getriebes durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Derartige Getriebe kommen überwiegend in Kraftfahrzeugen zur Anwendung, um ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen.
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Aus der
DE 10 2013 002 586 A1 geht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle zwei Planetenradsätze vorgesehen sind, welche sich jeweils aus je einem Sonnenrad, je einem Hohlrad und je einem Planetensteg zusammensetzen. Ferner sind mehrere Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze untereinander koppelbar sind, um unterschiedliche Gänge zwischen der An- und der Abtriebswelle zu definieren. Insgesamt können dabei vier Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem im Stand der Technik bekannten Getriebe mit vier Vorwärtsgängen zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird jeweils durch die technischen Lehren der nebengeordneten Ansprüche 1, 2 und 4 gelöst. Die hierauf jeweils folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 14.
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Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 umfasst ein Getriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges, wobei die Planetenradsätze dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle dienen. Dazu sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen An- und Abtriebswelle untereinander koppelbar sind.
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Dabei kann die Antriebswelle zum einen über das vierte Schaltelement mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und zum anderen mittels des ersten Schaltelements mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden werden, wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes zudem über das zweite Element an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festsetzbar ist. Ferner sind das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und können einerseits über das dritte Schaltelement an dem drehfesten Bauelement festgesetzt, sowie andererseits mittels des fünften Schaltelements mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt werden. Schließlich stehen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung.
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Mit anderen Worten sind also das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes starr miteinander verbunden und stehen gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung. Ebenso sind auch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden.
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Durch Schließen des ersten Schalelements wird die Antriebswelle des Getriebes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen eine Betätigung des zweiten Schaltelements ein Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes am drehfesten Bauelement des Getriebes nach sich zieht. Hieran wird auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und aufgrund der drehfesten Verbindung hiermit auch das dritte Element des ersten Planetenradsatzes durch Betätigen des dritten Schaltelements festgesetzt. Hingegen führt ein Schließen des vierten Schaltelements zu einer drehfesten Verbindung der Antriebswelle mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes, während eine Betätigung des fünften Schaltelements eine drehfeste Koppelung des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes und damit auch des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle zur Folge hat.
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Ein gemäß dem nebengeordneten Anspruch 1 gestaltetes Getriebe zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen und einen guten Verzahnungswirkungsgrad aus.
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Auch entsprechend dem nebengeordneten Anspruch 2 umfasst ein Getriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges, wobei die Planetenradsätze dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle dienen. Dazu sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen An- und Abtriebswelle untereinander koppelbar sind.
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Dabei ist die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt und kann über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden, welches mittels des zweiten Schaltelements an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festsetzbar ist. Ferner ist das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden und kann gemeinsam mit diesem über das dritte Schaltelement an dem drehfesten Bauelement festgesetzt werden. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes steht drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung, mit welcher das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mittels des vierten Schaltelements drehfest verbindbar ist. Schließlich kann der erste Planetenradsatz über das fünfte Schaltelement verblockt werden.
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Mit anderen Worten ist also das erste Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen. Zudem ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle des Getriebes gekoppelt.
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Durch Schließen des ersten Schalelements wird die Antriebswelle des Getriebes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen eine Betätigung des zweiten Schaltelements ein Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes am drehfesten Bauelement des Getriebes nach sich zieht. Hieran werden auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes durch Betätigen des dritten Schaltelements festgesetzt. Ein Schließen des vierten Schaltelements bewirkt eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle und auch dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes, wohingegen eine Betätigung des fünften Schaltelements ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes zur Folge hat.
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Auch ein gemäß dem nebengeordneten Anspruch 2 ausgestaltetes Getriebe zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen und einen guten Verzahnungswirkungsgrad aus.
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Konkret kann das Verblocken des ersten Planetenradsatzes dabei erreicht werden, indem das fünfte Schaltelement bei Betätigung das erste Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes oder das erste Element und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander koppelt.
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Gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4 umfasst ein Getriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, sowie einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils mehrere Elemente in Form je eines Sonnenrades, je eines Hohlrades und je eines Planetensteges, wobei die Planetenradsätze dem Führen eines Kraftflusses von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle dienen. Zu diesem Zweck sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen An- und Abtriebswelle untereinander koppelbar sind.
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Konkret ist die Antriebswelle dabei drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt und kann über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden, welches mittels des zweiten Schaltelements an einem drehfesten Bauelement des Getriebes festsetzbar ist. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes kann über das dritte Schaltelement ebenfalls an dem drehfesten Bauelement festgesetzt werden. Neben diesem Festsetzen am drehfesten Bauelement kann das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes noch zum einen mittels des vierten Schaltelements mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und zum anderen über das fünfte Schaltelement mit der Antriebswelle jeweils drehfest gekoppelt werden. Schließlich sind das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden und stehen gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung.
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Mit anderen Worten ist also das erste Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit der Antriebswelle verbunden, während das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander in Verbindung stehen und gemeinsam drehfest mit der Abtriebswelle des Getriebes gekoppelt sind.
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Durch Schließen des ersten Schalelements wird die Antriebswelle des Getriebes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen eine Betätigung des zweiten Schaltelements ein Festsetzen des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes am drehfesten Bauelement des Getriebes nach sich zieht. Hieran wird auch das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes durch Betätigen des dritten Schaltelements festgesetzt. Hingegen bewirkt ein Schließen des vierten Schaltelements eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes, während eine Betätigung des fünften Schaltelements eine drehfeste Koppelung des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes mit der Antriebswelle zur Folge hat.
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Ein gemäß dem nebengeordneten Anspruch 4 ausgestaltetes Getriebe zeichnet sich ebenfalls durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen und einen guten Verzahnungswirkungsgrad aus.
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Bei allen vorgenannten Varianten eines erfindungsgemäßen Getriebes können jeweils vier Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang realisiert werden. Dabei wird ein erster Vorwärtsgang durch Betätigen des dritten und des vierten Schaltelements geschaltet, während ein zweiter Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements gebildet wird. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Vorwärtsgang durch Betätigen des vierten und des fünften Schaltelements, während ein vierter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten und des fünften Schaltelements schaltbar ist. Hingegen ergibt sich der Rückwärtsgang durch Betätigen des ersten und des dritten Schaltelements.
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Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Für eine aufeinanderfolgende Schaltung der Vorwärtsgänge entsprechend ihrer Reihenfolge ist dabei stets der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren, indem eines der am vorhergehenden Vorwärtsgang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Vorwärtsganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.
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Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ein Rückwärtsgang für einen Antrieb über die dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dies kann dabei alternativ oder auch ergänzend zu einer Anordnung einer Elektromaschine im Getriebe verwirklicht sein, um im Falle eines Ausfalls der Elektromaschine dennoch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges verwirklichen zu können.
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Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass der jeweilige Planetenradsatz als Minusplanetenradsatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad handelt. Ein Minusplanetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein bevorzugt aber mehrere Planetenräder führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Von den beiden Planetenradsätzen sind dann ein oder auch beide Planetenradsätze als derartige Minusplanetensätze gestaltet. Besonders bevorzugt liegen die beiden Planetenradsätze jedoch als Minusplanetensätze vor, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.
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Alternativ oder auch ergänzend dazu liegt der jeweilige Planetenradsatz als Plusplanetensatz vor, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt. Bei einem Plusplanetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können, sofern es die Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, ein oder auch alle beide Planetenradsätze als derartige Plusplanetensätze ausgeführt sein.
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Wo möglich, kann ein Minusplanetensatz durch einen Plusplanetensatz ersetzt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minusplanetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Wie bereits erwähnt, sind aber bevorzugt beide Planetenradsätze als Minusplanetensätze ausgeführt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente realisiert. Kraftschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie auch unter Last geschaltet werden können, so dass ein Wechsel zwischen den Gängen ohne Zugkraftunterbrechung vollziehbar ist. Besonders bevorzugt ist aber das erste Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement und/oder das vierte Schaltelement jeweils als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation. Denn das vierte Schaltelement ist an den ersten drei Vorwärtsgängen beteiligt, so dass bei einer aufeinanderfolgenden Hochschaltung der Gänge hier nur ein Öffnen des vierten Schaltelements zu vollziehen ist. Das erste Schaltelement ist nur an der Schaltung des Rückwärtsganges beteiligt. Ebenso wird das dritte Schaltelement nur bei Schaltung des ersten Vorwärtsganges und des Rückwärtsganges betätigt. Ein formschlüssiges Schaltelement hat gegenüber einem kraftschlüssigen Schaltelement den Vorteil, dass im geöffneten Zustand nur geringe Schleppmomente auftreten, so dass sich ein höherer Wirkungsgrad realisieren lässt. Weiter alternativ kommt hier auch eine Ausführung als dynamisch gering belastete Schaltelemente in Frage, wie z. B. als Stahl-Stahl-Element oder als Bandbremse.
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Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das vierte Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Damit liegt dieses Schaltelement also auf einer Antriebsseite des Getriebes und ist gut zugänglich. Alternativ oder auch ergänzend dazu sind das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement und/oder das dritte Schaltelement auf einer einer Anschlussstelle der Antriebswelle abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. In der Folge ist das erste Schaltelement bzw. das zweite Schaltelement bzw. das dritte Schaltelement ebenfalls gut von einer axialen Seite des Getriebes her zugänglich. Das fünfte Schaltelement liegt bevorzugt axial zwischen dem ersten und dem zweiten Planetenradsatz.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen Anschlussstellen der An- und der Abtriebswelle koaxial zueinander. Hierbei ist die Anschlussstelle der Antriebswelle bevorzugt an einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen, während sich die Anschlussstelle der Abtriebswelle bevorzugt an demselben axialen Ende befindet. Insbesondere weist die Anschlussstelle der Abtriebswelle dann eine Verzahnung auf, welche mit einer Verzahnung einer zur Antriebswellenachse des Getriebes achsparallel angeordneten Welle kämmt. Besonders bevorzugt ist auf dieser Welle dann das Achsdifferential einer Antriebsachse angeordnet. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit einem der rotierbaren Bauelemente des Getriebes drehfest gekoppelt ist. Bevorzugt ist dann ein Stator der Elektromaschine drehfest mit dem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden, wobei die Elektromaschine hierbei elektromotorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann, um unterschiedliche Funktionen zu realisieren. Insbesondere kann dabei ein rein elektrisches Fahren, ein Boosten über die Elektromaschine, ein Abbremsen und Rekuperieren und/oder ein Synchronisieren im Getriebe über die Elektromaschine vollzogen werden. Der Rotor der Elektromaschine kann dabei koaxial zu dem jeweiligen Bauelement liegen oder achsversetzt zu diesem angeordnet sein, wobei im letztgenannten Fall dann eine Koppelung über eine zwischenliegende Stirnradstufe oder auch einen Zugmitteltrieb realisiert sein kann.
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Bevorzugt ist der Rotor der Elektromaschine dabei mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt, wobei hierdurch ein rein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges auf geeignete Art und Weise dargestellt wird. Dazu wird einer der Gänge im Getriebe geschaltet, wobei in den Vorwärtsgängen dabei auch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisierbar ist, indem über die Elektromaschine eine entgegengesetzte Drehbewegung eingeleitet wird, wodurch die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges im Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Vorwärtsganges stattfindet. In der Folge können die Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgänge sowohl für die elektrische Vorwärts- als auch für die elektrische Rückwärtsfahrt genutzt werden. Der Rotor der Elektromaschine könnte aber auch mit einem der übrigen rotierbaren Bauelemente des Getriebes verbunden sein.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche insbesondere in Kombination mit der vorgenannten Anordnung einer Elektromaschine realisiert wird, ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche die Antriebswelle mit einer Anschlusswelle drehfest verbindbar ist. Die Anschlusswelle dient dann innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges der Anbindung an die Antriebsmaschine. Das Vorsehen der Trennkupplung hat dabei den Vorteil, dass im Zuge des rein elektrischen Fahrens eine Verbindung zur Antriebsmaschine unterbrochen werden kann, wodurch diese nicht mitgeschleppt wird. Die Trennkupplung ist dabei bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Lamellenkupplung, kann aber ebenso gut auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation, vorliegen.
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Generell kann dem Getriebe prinzipiell ein Anfahrelement vorgeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und der Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges und ist dann zwischen einer insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet.
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Dass zwei Bauelemente des Getriebes miteinander „verbunden” sind bzw. „gekoppelt” sind meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Bauelemente, so dass diese mit ein und derselben Drehzahl laufen. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze oder auch Wellen oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander verbunden.
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Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst über das zwischenliegende Schaltelement vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran anknüpfenden Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt;
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2 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
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4 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
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6 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer sechsten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
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8 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 7.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Achsgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird.
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Aus 2 geht eine schematische Darstellung des Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2. Jeder der Planetenradsätze P1 und P2 weist je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad gebildet.
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Die Planetenradsätze P1 und P2 sind vorliegend also jeweils als Minusplanetensätze gestaltet, bei welchen der jeweilige Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die jeweils im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und auch mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen. Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber auch einzelne oder auch alle beide Planetenradsätze P1, P2 als sogenannte Plusplanetensätze ausgeführt werden, bei welchen ein jeweiliger Planetensteg mindestens ein Planetenradpaar trägt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit einem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit einem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minusplanetensatz müsste dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt fünf Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements K1, eines zweiten Schaltelements B1, eines dritten Schaltelements B2, eines vierten Schaltelements K2 und eines fünften Schaltelements K3. Dabei sind die Schaltelemente K1, B1, K2 und K3 jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Lamellenschaltelemente vor, während das dritte Schaltelement B2 als formschlüssiges Schaltelement ausgestaltet ist. So kann es sich bei dem dritten Schaltelement B2 um ein Klauenschaltelement oder auch eine Sperrsynchronisation handeln. Das erste Schaltelement K1, das vierte Schaltelement K2 und das fünfte Schaltelement K3 sind vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das zweite Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement B2 als Bremsen vorliegen.
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Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann einerseits über das erste Schaltelement K1 drehfest mit einer Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbunden und andererseits mittels des zweiten Schaltelements B1 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Bei dem drehfesten Bauelement GG kann es sich dabei um ein Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses handeln. Die Antriebswelle GW1 kann zudem zum einen mittels des vierten Schaltelements K2 drehfest mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1, sowie zum anderen über das fünfte Schaltelement K3 mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 gekoppelt werden.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 permanent drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden, so dass die Betätigung des fünften Schaltelements K3 auch eine drehfeste Koppelung des dritten Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit der Antriebswelle GW1 zur Folge hat. Des Weiteren können das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 über das dritte Schaltelement B2 gemeinsam am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Schließlich sind noch das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 gemeinsam drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G verbunden.
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Die beiden Planetenradsätze P1 und P2 sind axial in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei das vierte Schaltelement K2 axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 platziert ist, auf welcher auch eine Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 liegt. Hingegen sind das erste Schaltelement K1, das zweite Schaltelement B1 und auch das dritte Schaltelement B2 an einem hierzu entgegengesetzt liegenden axialen Ende des Getriebes G angeordnet und liegen damit auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2. Das fünfte Schaltelement K3 ist axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen. Aufgrund der räumlichen Nähe könnten das erste Schaltelement K1, das zweite Schaltelement B1 und das dritte Schaltelement B2 über eine gemeinsame Leitung versorgt werden.
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Koaxial zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 ist zudem eine Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 ausgebildet, welche dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und vierten Schaltelement K2 liegt. Die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 dient im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM, während das Getriebe G an der Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 mit dem nachfolgenden Achsgetriebe AG verbunden ist. Bevorzugt weist die Anschlussstelle GW2-A hierbei eine Verzahnung auf, welche im verbauten Zustand des Getriebes G mit einer zugehörigen Verzahnung einer nicht dargestellten Welle kämmt. Diese Welle ist dann achsparallel zu der An- und der Abtriebswelle GW1 und GW2 angeordnet, wobei auf dieser Welle dann ein Achsgetriebe angeordnet sein kann. Insofern ist das in 2 dargestellte Getriebe G für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang geeignet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet ist
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche im Wesentlichen der in 2 dargestellten Variante entspricht. Im Unterschied zu der Variante nach 2 ist das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 permanent drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden, während das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 nicht drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 und damit auch nicht der Abtriebswelle GW2 verbunden ist, sondern erst durch Betätigung des vierten Schaltelements K2 drehfest mit der Abtriebswelle GW2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 gekoppelt wird. Aufgrund der drehfesten Verbindung des ersten Elements E11 des ersten Planetenradsatzes P1 bewirkt das fünfte Schaltelement K3 beim Schließen eine drehfeste Verbindung des ersten Elements E11 des ersten Planetenradsatzes P1 und des dritten Elements E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und damit dessen Verblocken. Schließlich ist eine Anschlussstelle GW2-A der Abtriebswelle GW2 gemeinsam mit der Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 an einem Ende des Getriebes G vorgesehen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Ferner geht aus 4 eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung hervor, welche dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 3 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass das fünfte Schaltelement K3 bei Betätigung das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Antriebswelle GW1 und damit auch mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindet. Dies hat dann erneut ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 zur Folge. Hingegen können das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das hiermit drehfest gekoppelte zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nicht drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden werden. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 4 der vorhergehenden Variante nach 3, so dass diesbezüglich auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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5 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht wiederum weitestgehend der Variante nach 3, wobei im Unterschied dazu das fünfte Schaltelement K3 bei Betätigung das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest miteinander verbindet und in der Folge ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 bewirkt. Aufgrund der anderweitigen Anordnung des fünften Schaltelements K3 können das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und das hiermit drehfest gekoppelte zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 nicht drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden werden. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 5 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Des Weiteren geht aus 6 eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung hervor, welche im Wesentlichen der Variante nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei, dass das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 permanent mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Das vierte Schaltelement K2 ist hingegen zwischen dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 angeordnet und koppelt diese beiden Elemente E31 und E22 bei Betätigung drehfest miteinander. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 kann dann, wie schon bei der Variante nach 2, über das dritte Schaltelement B2 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden. Auch im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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In 7 ist ein Getriebe G entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche im Wesentlichen der Variante aus 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, deren Stator S am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während ein Rotor R der Elektromaschine EM drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Des Weiteren kann die Antriebswelle GW1 an ihrer Anschlussstelle GW1-A über eine zwischenliegende Trennkupplung K0, welche vorliegend als Lamellenschaltelement gestaltet ist, mit einer Anschlusswelle AN drehfest verbunden werden, welche wiederum mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine VKM mittels des zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfers TS verbunden ist.
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Über die Elektromaschine EM kann dabei ein rein elektrisches Fahren realisiert werden, wobei in diesem Fall die Trennkupplung K0 geöffnet wird, um die Antriebswelle GW1 von der Anschlusswelle AN zu entkoppeln und die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht mitzuschleppen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 7 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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In 8 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die jeweiligen Getriebe G aus den 2 bis 7 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt vier Vorwärtsgänge 1 bis 4, sowie ein Rückwärtsgang R1 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente K1, B1, B2, K2 und K3 in welchem der der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 jeweils geschlossen ist. In jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 4 und dem Rückwärtsgang R1 sind dabei jeweils zwei der Schaltelemente K1, B1, B2, K2 und K3 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der Vorwärtsgänge 1 bis 4 je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.
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Wie in 8 zu erkennen ist, wird ein erster Vorwärtsgang 1 durch Betätigen des dritten Schaltelements B2 und des vierten Schaltelements K2 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter Vorwärtsgang 2 gebildet wird, indem das dritte Schaltelement B2 geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement B1 geschlossen wird. Im Weiteren kann dann in einen dritten Vorwärtsgang 3 geschaltet werden, indem das zweite Schaltelement B1 geöffnet und das fünfte Schaltelement K3 geschlossen wird. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter Vorwärtsgang 4 durch Öffnen des vierten Schaltelements K2 und Schließen des zweiten Schaltelements B1.
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Der Rückwärtsgang R1, in welchem eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges auch bei Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine VKM realisiert werden kann, wird hingegen durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des dritten Schaltelements B2 geschaltet.
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Wie in den 2 bis 7 dargestellt ist, sind die Schaltelemente K2 und K3 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt. Jedoch könnten die beiden Schaltelemente K2 und K3 jeweils auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation, realisiert sein. Das als formschlüssiges Schaltelement ausgeführte dritte Schaltelement B2 könnte zudem auch als kraftschlüssiges Schaltelement verwirklicht sein, wie z. B. als Lamellenschaltelement.
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Die in 7 gezeigte Anordnung einer Elektromaschine EM kann auch entsprechend bei den Varianten der 2 bis 6 zur Anwendung kommen, indem ein Rotor R der Elektromaschine entsprechend drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und einem guten Wirkungsgrad realisiert werden.
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Bezugszeichen
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- G
- Getriebe
- GG
- Drehfestes Bauelement
- P1
- Erster Planetenradsatz
- E11
- Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
- E21
- Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
- E31
- Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
- P2
- Zweiter Planetenradsatz
- E12
- Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
- E22
- Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
- E32
- Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
- K1
- Erstes Schaltelement
- B1
- Zweites Schaltelement
- B2
- Drittes Schaltelement
- K2
- Viertes Schaltelement
- K3
- Fünftes Schaltelement
- 1
- Erster Vorwärtsgang
- 2
- Zweiter Vorwärtsgang
- 3
- Dritter Vorwärtsgang
- 4
- Vierter Vorwärtsgang
- R1
- Rückwärtsgang
- GW1
- Antriebswelle
- GW1-A
- Äußere Schnittstelle der Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- GW2-A
- Äußere Schnittstelle der Abtriebswelle
- EM
- Elektromaschine
- S
- Stator
- R
- Rotor
- AN
- Anschlusswelle
- K0
- Trennkupplung
- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- TS
- Torsionsschwingungsdämpfer
- AG
- Achsgetriebe
- DW
- Antriebsräder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013002586 A1 [0002]
