DE102016211270A1

DE102016211270A1 - Planetenradsatzsystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe, Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Planetenradsatzsystem, und Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016211270A1
Application number: DE102016211270.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Juri Pawlakowitsch; Thomas Rosemeier; Michael Roske
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Also published as: CN109312828A; US20190210446A1; WO2017220256A1

Abstract

Planetenradsatzsystem (PS, PS2) für ein Kraftfahrzeuggetriebe (G), wobei das Planetenradsatzsystem (PS) entweder drei Planetenradsätze (P1, P2, P3) oder einen Ravigneaux-Radsatz (PR) und einen zusätzlichen Planetenradsatz (P23) umfasst, Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Planetenradsatzsystem (PS, PS2) sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetenradsatzsystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe, ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Planetenradsatzsystem, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe.
Ein Planetenradsatzsystem bezeichnet ein System, welches sich aus mehreren einzelnen Planetenradsätzen zusammensetzt. Ein Getriebe bezeichnet insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer 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.
Besonders Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge weisen häufig ein Planetenradsatzsystem auf. Beispielhaft sei die Patentanmeldung DE 10 2012 207 017 A1 der Anmelderin genannt, welches ein zweistufiges Mehrstufengetriebe beschreibt, bei dem ein erster Planetenradsatz zwei radial ineinander geschachtelte Getriebe-Substufen umfasst. Das innere Hohlrad, respektive das äußere Sonnenrad dieses ersten Planetenradsatzes sind mit einem zweiten, als Plus-Radsatz aufgebauten Planetenradsatz drehfest verbunden.
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. 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 Patentanmeldung DE 102 50 371 A1 beschreibt ein Automatikgetriebe mit drei Planetenradsätzen, wobei in 3 dieser Patentanmeldung zwei der Planetenradsätze zu einem Ravigneaux-Radsatz zusammengefasst sind. Ein Ravigneaux-Radsatz bildet ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe und besteht funktional aus zwei Planetenradsätzen, wobei einer der Planetenradsätze als Minus-Radsatz und der andere Planetenradsatz als Plus-Radsatz wirkt. Der Steg des Minus-Radsatzes ist mit dem Steg des Plus-Radsatzes ständig verbunden, wodurch ein gemeinsamer Steg gebildet wird. Ein zusammengefasstes Hohlrad kämmt mit den äußeren Planetenrädern des als Plus-Radsatz wirkenden Planetenradsatzes, welche zugleich Planetenräder des als Minus-Radsatz wirkenden Planetenradsatzes bilden. Mit den inneren Planetenrädern des als Plus-Radsatz wirkenden Planetenradsatzes kämmt ein erstes Sonnenrad. Mit den Planetenrädern des als Minus-Radsatz wirkenden Planetenradsatzes kämmt ein zweites Sonnenrad. Ein Ravigneaux-Radsatz zeichnet sich durch einen geringen Bauraumbedarf und eine einfache Baubarkeit aus.
Die Patentanmeldung DE 10 2008 041 205 A1 der Anmelderin beschreibt ein Mehrstufengetriebe mit neun Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, und umfasst dazu vier Planetenradsätze. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 dieser Patentanmeldung bilden der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz zusammen einen Ravigneaux-Radsatz, wobei das Hohlrad eines als P4 bezeichneten Minus-Planetenradsatzes mit jenem Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes verbunden ist, welches mit den äußeren Planetenrädern kämmt.
Die im Stand der Technik bekannten Getriebe sind für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eingerichtet, welcher quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Derartige Getriebe sind üblicherweise auf eine möglichst kurze axiale Baulänge hin optimiert, da der axiale Verbund aus Antriebsmaschine und Getriebe zwischen den Längsträgern des Kraftfahrzeug-Vorderbaus anzuordnen ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung ein Planetenradsatzsystem für ein Kraftfahrzeuggetriebe bereitzustellen, welches sich durch eine besonders kurze axiale Baulänge auszeichnet.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Eine alternative Ausgestaltung ist in Patentanspruch 4 angegeben. Patentanspruch 5 beansprucht ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Planetenradsatzsystem gemäß einem der Patentansprüche 1 und 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Eine Bauform des erfindungsgemäßen Planetenradsatzsystems weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz auf. Der erste Planetenradsatz ist als ein Minus-Radsatz ausgebildet, dessen Sonnenrad mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest verbunden ist. Der zweite Planetenradsatz ist ebenso als ein Minus-Radsatz ausgebildet. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest verbunden. Der zweite Planetenradsatz ist radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes angeordnet.
Erfindungsgemäß bildet das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes. Dadurch wird eine gegenüber dem Stand der Technik noch kompaktere Bauweise erzielt.
Vorzugsweise ist der dritte Planetenradsatz als Plus-Radsatz ausgebildet. Besonders bevorzugt ist weder das Sonnenrad noch der Steg des dritten Planetenradsatzes mit einem der Elemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes verbunden.
Eine alternative Bauform des erfindungsgemäßen Planetenradsatzsystems weist einen genau vier Wellen umfassenden Ravigneaux-Radsatz und einen zusätzlichen Planetenradsatz auf, welcher als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist. Das Hohlrad des zusätzlichen Planetenradsatzes ist dabei mit jenem Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes ständig drehfest verbunden, welches mit den radial äußeren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes kämmt. Der zusätzliche Planetenradsatz ist dabei radial innerhalb dieses Sonnenrads angeordnet.
Beide erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Planetenradsatzsystems weisen den gleichen Grundgedanken auf, nämlich radial innerhalb eines geeigneten Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes einen dritten, bzw. zusätzlichen Planetenradsatz anzuordnen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Getriebes für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Planetenradsatzsystem weist eine Antriebswelle, eine Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit zur Leistungsübertragung zwischen der getriebe-externen Antriebseinheit und der Antriebswelle, sowie eine Abtriebswelle auf. Ein Abschnitt der Abtriebswelle weist eine Verzahnung auf, welche zur Leistungsübertragung zwischen der Abtriebswelle und einem achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten Differentialgetriebe eingerichtet ist. Das Differentialgetriebe kann Bestandteil des Getriebes, oder als separate Baueinheit in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein.
Die Schnittstelle ist zur Übertragung einer Drehbewegung von der getriebe-externen Antriebseinheit an die Antriebswelle des Getriebes 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 Abtriebswellenverzahnung ist zur Übertragung einer Drehbewegung von der Abtriebswelle zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs hin ausgerichtet, unter Zwischenschaltung des Differentialgetriebes. Eine solche Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug mit parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang. Die Leistungsübertragung zwischen Abtriebswelle und Differentialgetriebe kann über ein Stirnradgetriebe mit einem oder mehreren Stirnradstufen, oder auch über eine Kette erfolgen.
Vorzugsweise bildet das Planetenradsatzsystem das einzige Radsatzsystem des Getriebes, welches zur Bildung von Gängen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle eingerichtet ist. Das Getriebe weist demnach keinen anderen gangbildenden Radsatz als das Planetenradsatzsystem auf. Dieser Ausschluss beinhaltet neben Planetenradsätzen auch Stirnradstufen. Denn das Planetenradsatzsystem beinhaltet zumindest funktional bereits drei Einzel-Planetenradsätze, mittels derer bereits eine hinreichende Gangbildung für ein Kraftfahrzeuggetriebe möglich ist. Eine der Antriebswelle oder Abtriebswelle vor- oder nachgeschaltete Übersetzungsstufe ist von diesem Ausschluss nicht betroffen.
Vorzugsweise ist die Abtriebswellenverzahnung axial zwischen der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit und dem Planetenradsatzsystem angeordnet. Dadurch wird eine Anordnung des Differentialgetriebes nahe zur getriebe-externen Antriebseinheit vereinfacht. Eine derartige Anordnung des Differentialgetriebes ist bevorzugt, um die Beugewinkel in den Gleichlaufgelenken der Antriebswellen zwischen Differentialgetriebe und Antriebsrädern möglichst klein zu halten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abtriebswellenverzahnung axial zwischen einem Lagerschild des Getriebes und dem Planetenradsatzsystem angeordnet. Das Lagerschild ist dabei zur Aufnahme eines Wälzlagers eingerichtet, über welches eine radiale und axiale Abstützung der Abtriebswelle erfolgt.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine. Diese ist gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante koaxial zur Antriebswelle angeordnet und mit dieser ständig wirkverbunden, und zwar entweder direkt oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit konstantem Übersetzungsverhältnis. Gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante ist die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle angeordnet, und über ein Stirnradgetriebe oder über ein Zugmittelgetriebe mit der Antriebswelle ständig wirkverbunden. Beispiele für Zugmittelgetriebe sind Ketten, Keilriemen oder auch Zahnriemen. Durch das besonders kompakt bauende Planetenradsatzsystem eignet sich das vorliegende Getriebe besonders für die Integration einer elektrischen Maschine. Denn durch das Vorsehen einer elektrischen Maschine wird der Bauraumbedarf des Getriebes entsprechend vergrößert.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe eine Trennkupplung auf. Durch Schließen der Trennkupplung wird jene Welle des Getriebes mit der Antriebswelle verbunden, an welcher die Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit ausgebildet ist. Diese Welle wird auch als Anschlusswelle bezeichnet. Die Trennkupplung kann als kraftschlüssige oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Durch Öffnen der Trennkupplung kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine in sämtlichen Gängen des Getriebes angetrieben werden, ohne die getriebeexterne Antriebseinheit mitzuschleppen.
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.
Ein Getriebe mit einem gemäß Patentanspruch 1 aufgebauten Planetenradsatzsystem weist vorzugsweise fünf Schaltelemente auf. Das Sonnenrad des dritten, als Plus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatzes ist dabei mit der Antriebswelle ständig verbunden. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist mit der Abtriebswelle ständig verbunden. Durch Schließen des ersten der fünf Schaltelemente ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar. Durch Schließen des zweiten der fünf Schaltelemente ist der Steg des dritten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten der fünf Schaltelemente ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten der fünf Schaltelemente ist der Steg des ersten Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften der fünf Schaltelemente ist die Antriebswelle mit dem Steg des ersten Planetenradsatzes verbindbar. Durch einen derartigen Aufbau des Getriebes ist durch selektives, paarweises Schließen der fünf Schaltelemente die Ausbildung von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle möglich.
Vorzugsweise sind das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement axial zwischen der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit und der Abtriebswellenverzahnung angeordnet. Durch eine solche Anordnung sind diese beiden als Bremsen wirkenden Schaltelemente auf einfache Weise gehäusenah anzuordnen.
Ein Getriebe mit einem gemäß Patentanspruch 4 aufgebauten Planetenradsatzsystem weist vorzugsweise ebenso fünf Schaltelemente auf. Das Sonnenrad des zusätzlichen Planetenradsatzes ist mit der Antriebswelle ständig verbunden. Das Hohlrad des Ravigneaux-Radsatzes ist mit der Abtriebswelle ständig verbunden. Durch Schließen des ersten der fünf Schaltelemente ist die Antriebswelle mit jenem Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes verbindbar, welches mit den radial inneren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes kämmt. Durch Schließen des zweiten der fünf Schaltelemente ist der Steg des zusätzlichen Planetenradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des dritten der fünf Schaltelemente ist jenes Sonnenrad drehfest festsetzbar, welches mit den äußeren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes kämmt. Durch Schließen des vierten der fünf Schaltelemente ist der Steg des Ravigneaux-Radsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften der fünf Schaltelemente ist der Steg des Ravigneaux-Radsatzes mit der Antriebswelle verbindbar. Durch einen derartigen Aufbau des Getriebes ist durch selektives, paarweises Schließen der fünf Schaltelemente ebenso die Ausbildung von sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement axial zwischen dem Planetenradsatzsystem und einem der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit axial gegenüberliegenden Ende des Getriebes angeordnet. Durch eine solche Anordnung wird eine vorteilhafte Ölführung zu hydraulischen Betätigungseinrichtungen dieser Schaltelemente ermöglicht.
Vorzugsweise ist das vierte Schaltelement radial innerhalb des Wälzlagers angeordnet, mittels dem die Abtriebswelle am Lagerschild gelagert ist. Dies ist vor Allem dann vorteilhaft, wenn das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können das zweite und dritte Schaltelement axial zwischen dem Planetenradsatzsystem und dem der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit axial gegenüberliegenden Ende des Getriebes angeordnet sein. Das erste und fünfte Schaltelement sind dabei axial zwischen der oben bezeichneten Schnittstelle und dem Planetenradsatzsystem anzuordnen.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über den 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. Ausgangswellen des Differentialgetriebes sind mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden. 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs;
2 bis 7 schematische Schnittansichten verschiedener Getriebe-Ausführungsbeispiele;
8 eine Konstruktions-Schnittansicht eines Getriebes;
9 ein Schaltschema; und
10 sowie 11 je ein erfindungsgemäßes Planetenradsatzsystem.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges, welcher ein Getriebe G gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Planetenradsatzsystem PS aufweist. Das Getriebe G weist neben dem Planetenradsatzsystem PS eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, ein Differentialgetriebe AG, einen Torsionsschwingungsdämpfer TS, eine Trennkupplung K0, fünf Schaltelemente A, B, C, D, E sowie ein drehfestes Gehäuse GG mit einem daran befestigten Lagerschild LS auf. Über Antriebswellen ist das Differentialgetriebe AG mit Antriebsrädern DW des Kraftfahrzeugs verbunden.
Das Planetenradsatzsystem PS weist einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und einen dritten Planetenradsatz P3 auf. Der erste und zweite Planetenradsatz P1, P2 sind je als ein Minus-Radsatz ausgebildet, während der dritte Planetenradsatz P3 als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist. Ein Sonnenrad E13 des dritten Planetenradsatzes P3 ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Ein Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3 ist durch Schließen des zweiten Schaltelements B drehfest festsetzbar. Ein Sonnenrad E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A mit der Antriebswelle GW1 verbindbar. Ein Steg E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einem Steg E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig drehfest verbunden, und durch Schließen des vierten Schaltelements D drehfest festsetzbar. Ein Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden.
Ein Sonnenrad E11 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig drehfest verbunden, wobei das Hohlrad E32 am Innendurchmesser des Sonnenrads E11 ausgebildet ist. Das Hohlrad E32 bildet dabei auch das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes P3, und ist entsprechend breit ausgeführt. Das Hohlrad E32, bzw. das Sonnenrad E11 ist durch Schließen des dritten Schaltelements C drehfest festsetzbar.
Das Getriebe G weist eine Schnittstelle GA zu einer getriebe-externen Antriebseinheit auf, welche beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein kann. Die Schnittstelle GA ist dazu eingerichtet, eine Drehzahl der getriebe-externen Antriebseinheit auf die Antriebswelle GW1 zu übertragen. Zwischen der Schnittstelle GA und der Antriebswelle GW1 sind ein Torsionsschwingungsdämpfer TS und eine Trennkupplung K0 angeordnet. Durch Schließen der Trennkupplung K0 ist die Antriebswelle GW1 mit der Schnittstelle GA verbindbar. Ein Betätigungselement zum Betätigen der Trennkupplung K0 stützt sich dabei axial an einem Abschnitt der Antriebswelle GW1 ab.
Die Abtriebswelle GW2 weist an einem Abschnitt eine Verzahnung GW2A auf, welcher zur Leistungsübertragung zwischen der Abtriebswelle GW2 und dem achsparallel zur Abtriebswelle GW2 angeordneten Differentialgetriebe AG dient. Die Verzahnung GW2A ist bevorzugt schrägverzahnt ausgebildet, und bedarf einer entsprechenden Lagerung. Das Lagerschild LS ist dazu eingerichtet ein Wälzlager GW2L aufzunehmen, welches zur radialen und axialen Abstützung der Abtriebswelle GW2 dient.
Das zweite und dritte Schaltelement B, C befinden sich axial zwischen der Schnittstelle GA und dem Lagerschild LS. Die Abtriebswellenverzahnung GW2A befindet sich axial zwischen dem Lagerschild LS und dem Planetenradsatzsystem PS. Das Planetenradsatzsystem PS befindet sich axial zwischen der Abtriebswellenverzahnung GW2A und den Schaltelementen eins, vier und fünf A, D, E.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die übrigen Komponenten des Antriebsstrangs sowie das Differentialgetriebe AG sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Getriebe G weist nun eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R auf, welche achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Der Rotor R ist über ein Stirnradgetriebe ST1 mit der Antriebswelle GW1 in einem festen Übersetzungsverhältnis wirkverbunden. Das Stirnradgetriebe ST1 ist dabei in der gleichen Ebene wie die Trennkupplung K0 angeordnet. Anstelle des Stirnradgetriebe ST1 könnte auch ein Zugmittelgetriebe verwendet werden, beispielsweise ein Kettentrieb.
3 zeigt eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung der elektrischen Maschine EM sowie die Anordnung des vierten Schaltelements D wurde verändert. Die elektrische Maschine EM ist weiterhin achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet, jedoch im hinteren Bereich des Getriebes G, welches der Schnittstelle GA axial gegenüberliegt. Die Anbindung der elektrischen Maschine EM an die Antriebswelle GW1 erfolgt über ein Stirnradgetriebe ST2. Das als formschlüssige Bremse ausgebildete vierte Schaltelement D ist nun platzsparend radial innerhalb der Abtriebswellenlagerung GW2L angeordnet.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung der elektrischen Maschine EM wurde verändert, welche nun koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Eine solche Anordnung ermöglicht einen besseren mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes G, da das Stirnradgetriebe ST2 entfällt.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welches sich durch eine gegenüber den vorangegangenen Ausführungsbeispielen veränderte Anordnung der Getriebekomponenten auszeichnet. Das Planetenradsatzsystem PS ist nun axial zwischen der Schnittstelle GA und der Abtriebswellenverzahnung GW2A angeordnet. Die elektrische Maschine EM ist koaxial zur Antriebswelle GW1 und axial zwischen der Schnittstelle GA und dem Planetenradsatzsystem PS angeordnet. Die Abtriebswellenverzahnung GW2A ist axial zwischen dem Planetenradsatzsystem PS und dem Lagerschild LS angeordnet. Das erste und fünfte Schaltelement A, E sind axial zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Planetenradsatzsystem PS angeordnet. Das vierte Schaltelement D ist radial innerhalb der Abtriebswellenlagerung GW2L angeordnet. Das Lagerschild LS ist axial zwischen der Abtriebswellenverzahnung GW2A und dem zweiten und dritten Schaltelement B, C angeordnet.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels des Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel entspricht. Die elektrische Maschine EM ist nun achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet, und über ein Stirnradgetriebe ST3 mit der Antriebswelle GW1 wirkverbunden. Das Stirnradgetriebe ST3 ist dabei als zweistufiges Stirnradgetriebe aufgebaut. Elemente des Stirnradgetriebes ST3 sind zusammen mit der Trennkupplung K0 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines siebenten Ausführungsbeispiels des Getriebes, welches sich durch einen anders aufgebauten Planetenradsatzsystem PS2 auszeichnet. Das Planetenradsatzsystem PS2 weist einen Ravigneaux-Radsatz PR und einen zusätzlichen Planetenradsatz P23 auf, welcher als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist. Ein Sonnenrad PR1 des Ravigneaux-Radsatzes, welches mit dessen äußeren Planetenrädern kämmt, ist einteilig mit einem Hohlrad E233 des zusätzlichen Planetenradsatzes P3 ausgebildet. Der zusätzliche Planetenradsatz P23 ist dabei radial innerhalb des Sonnenrads PR1 angeordnet. Durch Schließen des ersten Schaltelements A wird die Antriebswelle GW1 mit einem Sonnenrad PR4 des Ravigneaux-Radsatzes PR verbunden, welches mit dessen radial inneren Planetenrädern kämmt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B wird ein Steg E223 des zusätzlichen Planetenradsatzes P23 drehfest festgesetzt. Durch Schließen des dritten Schaltelements C wird das Sonnenrad PR1 drehfest gesetzt. Durch Schließen des vierten Schaltelements D wird ein gemeinsamer Steg PR2 des Ravigneaux-Radsatzes PR drehfest festgesetzt. Durch Schließen des fünften Schaltelements E wird die Antriebswelle GW1 mit dem Steg PR2 verbunden. Ein Hohlrad PR3 des Ravigneaux-Radsatzes P3 ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden.
8 zeigt eine Konstruktions-Schnittansicht des in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels des Getriebes G. Zur besseren Deutlichkeit sind zwei Schnittebenen des Getriebes G in 8 in einer Ebene dargestellt, nämlich eine Schnittebene durch die achsparallele elektrische Maschine EM und eine Schnittebene durch das Planetenradsatzsystem PS, die koaxial dazu angeordneten weiteren Elemente des Getriebes G, sowie ein Teil des Stirnradgetriebes ST1. Die beiden Schnittebenen sind im Bereich des Stirnradgetriebe ST1 zusammengeführt, wodurch das Stirnradgetriebe ST1 nicht rotationssymmetrisch erscheint. Abschnitte des Gehäuses GG, das Differentialgetriebe AG sowie die Zwischenwelle zwischen dem Differentialgetriebe AG und der Abtriebswelle GW2 sind nicht dargestellt. Die Konstruktions-Schnittansicht macht deutlich, dass durch Einsatz des erfindungsgemäßen Planetenradsatzsystems PS ein Getriebe G mitsamt elektrischer Maschine EM einen besonders geringen axialen Bauraumbedarf aufweist.
9 zeigt ein Schaltschema, welches für sämtliche Ausführungsbeispiele des Getriebes G anwendbar ist. In den Zeilen des Schaltschemas sind sechs Vorwärtsgänge 1 bis 6 sowie ein Rückwärtsgang R1 dargestellt. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente A, B, C, D, E in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6 beziehungsweise Rückwärtsgang R1 geschlossen sind. Die Gänge 1 bis 6 beziehen sich auf feste Drehzahlverhältnisse zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2.
10 zeigt eine isolierte Darstellung des Planetenradsatzsystems PS mit seinen Elementen Sonnenrad E11, Steg E21, Hohlrad E31 des ersten Planetenradsatzes P1, Sonnenrad E12, Steg E22, Hohlrad E32 des zweiten Planetenradsatzes P2, sowie Sonnenrad E13 und Steg E23 des dritten Planetenradsatzes P3. Der dritte Planetenradsatz P3 ist dabei nur beispielhaft als ein Plus-Radsatz ausgebildet.
11 zeigt eine isolierte Darstellung des Planetenradsatzsystems PS2 mit seinen Elementen Sonnenrad PR1, Sonnenrad PR2, Steg PR3 und Hohlrad PR4 des Ravigneaux-Radsatzes PR, sowie Sonnenrad E213, Steg E223 und Hohlrad E233 des zusätzlichen Planetenradsatzes P23.
Bezugszeichen

PS

Planetenradsatzsystem

P1

Erster Planetenradsatz

E11

Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes

E21

Steg des ersten Planetenradsatzes

E31

Hohlrad des ersten Planetenradsatzes

P2

Zweiter Planetenradsatz

E12

Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes

E22

Steg des zweiten Planetenradsatzes

E32

Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes

P3

Dritter Planetenradsatz

E13

Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes

E23

Steg des dritten Planetenradsatzes

PS2

Planetenradsatzsystem

PR

Ravigneaux-Radsatz

PR1

Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes

PR2

Steg des Ravigneaux-Radsatzes

PR3

Hohlrad des Ravigneaux-Radsatz

PR4

Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatz

P23

Zusätzlicher Planetenradsatz

E213

Sonnenrad des zusätzlichen Planetenradsatzes

E223

Steg des zusätzlichen Planetenradsatzes

E233

Hohlrad des zusätzlichen Planetenradsatzes

G

Getriebe

GW1

Antriebswelle

GW2

Abtriebswelle

GW2A

Abtriebswellenverzahnung

GW2L

Wälzlager

GA

Schnittstelle

GG

Getriebegehäuse

LS

Lagerschild

EM

Elektrische Maschine

S

Stator

R

Rotor

AG

Differentialgetriebe

DW

Antriebsrad

K0

Trennkupplung

TS

Torsionsschwingungsdämpfer

A

Erstes Schaltelement

B

Zweites Schaltelement

C

Drittes Schaltelement

D

Viertes Schaltelement

E

Fünftes Schaltelement

ST1

Stirnradgetriebe

ST2

Stirnradgetriebe

ST3

Stirnradgetriebe

1

Erster Vorwärtsgang

2

Zweiter Vorwärtsgang

3

Dritter Vorwärtsgang

4

Vierter Vorwärtsgang

5

Fünfter Vorwärtsgang

6

Sechster Vorwärtsgang

R1

Rückwärtsgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012207017 A1 [0003]
DE 10250371 A1 [0005]
DE 102008041205 A1 [0006]

Claims

Planetenradsatzsystem (PS) für ein Kraftfahrzeuggetriebe (G), wobei das Planetenradsatzsystem (PS) einen ersten, einen zweiten und einen dritten Planetenradsatz (P1, P2, P3) umfasst, – wobei der erste Planetenradsatz (P1) als ein Minus-Radsatz ausgebildet ist, dessen Sonnenrad (E11) mit dem Hohlrad (E32) des als Minus-Radsatz ausgebildeten zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig drehfest verbunden ist, – wobei der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) und der Steg (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig drehfest verbunden sind, – wobei der zweite Planetenradsatz (P2) radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes (P1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (P3) bildet.
Planetenradsatzsystem (PS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Planetenradsatz (P3) als Plus-Radsatz ausgebildet ist.
Planetenradsatzsystem (PS) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass weder das Sonnenrad (E13) noch der Steg (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (P1, P2) ständig drehfest verbunden ist.
Planetenradsatzsystem (PS2) für ein Kraftfahrzeuggetriebe (G), wobei das Planetenradsatzsystem (PS2) einen genau vier Wellen umfassenden Ravigneaux-Radsatz (PR) sowie einen zusätzlichen Planetenradsatz (P23) aufweist, welcher als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (E233) des zusätzlichen Planetenradsatzes (P23) mit jenem Sonnenrad (PR1) des Ravigneaux-Radsatzes (PR) ständig drehfest verbunden ist, welches mit den radial äußeren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes (PR) kämmt, wobei der zusätzliche Planetenradsatz (P23) radial innerhalb dieses Sonnenrads (PR1) angeordnet ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch ein Planetenradsatzsystem (PS, PS2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – wobei das Getriebe (G) eine Schnittstelle (GA) aufweist, welche zur Leistungsübertragung von einer getriebe-externen Antriebseinheit an eine Antriebswelle (GW1) des Getriebes (G) eingerichtet ist, – und wobei ein Abschnitt einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) eine Verzahnung (GW2A) aufweist, welche zur Leistungsübertragung zwischen der Abtriebswelle (GW2) und einem achsparallel zur Abtriebswelle (GW2) angeordneten, getriebe-internen oder getriebe-externen Differentialgetriebe (AG) eingerichtet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradsatzsystem (PS, PS2) das einzige Radsatzsystem des Getriebes (G) bildet, welches zur Bildung von Gängen zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) eingerichtet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswellenverzahnung (GW2A) axial zwischen der Schnittstelle (GA) und dem Planetenradsatzsystem (PS, PS2) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswellenverzahnung (GW2A) axial zwischen einem Lagerschild (LS) und dem Planetenradsatzsystem (PS, PS2) angeordnet ist, wobei das Lagerschild (LS) ein Wälzlager (GW2L) zur radialen und axialen Abstützung der Abtriebswelle (GW2) aufnimmt.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) aufweist, welche – koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnet und mit der Antriebswelle (GW1) ständig wirkverbunden ist, oder – achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordnet und über ein Stirnradgetriebe (ST1, ST2, ST3) oder über ein Zugmittelgetriebe mit der Antriebswelle (GW1) ständig wirkverbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Trennkupplung (K0) aufweist, durch welche jene Welle des Getriebes (G), an der die Schnittstelle (GA) ausgebildet ist, mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 unter Rückbezug auf einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement (A, B, C, D, E) aufweist, – wobei das Sonnenrad (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, – wobei das Hohlrad (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden ist, – wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) die Antriebswelle (GW1) mit dem Sonnenrad (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) der Steg (E23) des als Plus-Radsatz ausgebildeten dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) das Sonnenrad (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (D) der Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, und – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (E) die Antriebswelle (GW1) mit dem Steg (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) und das dritte Schaltelement (C) axial zwischen der Schnittstelle (GA) und der Abtriebswellenverzahnung (GW2A) angeordnet sind.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 unter Rückbezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement (A, B, C, D, E) aufweist, – wobei das Sonnenrad (E213) des zusätzlichen Planetenradsatzes (P23) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, – wobei das Hohlrad (PR3) des Ravigneaux-Radsatzes (PR) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden ist, – wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) die Antriebswelle (GW1) mit jenem Sonnenrad (PR4) des Ravigneaux-Radsatzes (PR) verbindbar ist, welches mit den radial inneren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes (PR) kämmt, – wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) der Steg (E223) des zusätzlichen Planetenradsatzes (P23) drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) jenes Sonnenrad (PR1) des Ravigneaux-Radsatzes (PR), welches mit den radial äußeren Planetenrädern des Ravigneaux-Radsatzes (PR) kämmt, drehfest festsetzbar ist, – wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (D) der Steg (PR2) des Ravigneaux-Radsatzes (PR) drehfest festsetzbar ist, und – wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (E) die Antriebswelle (GW1) mit dem Steg (PR2) des Ravigneaux-Radsatzes (PR) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und/oder das fünfte Schaltelement (E) axial zwischen dem Planetenradsatzsystem (PS, PS2) und einem der Schnittstelle (GA) gegenüberliegenden axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet sind.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 11 bis 14 unter Rückbezug auf Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) radial innerhalb des Wälzlagers (GW2L) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) und das dritte Schaltelement (C) axial zwischen dem Planetenradsatzsystem (PS) und einem zur Schnittstelle (GA) gegenüberliegenden axialen Ende des Getriebes (G) angeordnet sind, wobei das erste Schaltelement (A) und das fünfte Schaltelement (E) axial zwischen der Schnittstelle (GA) und der Planetenradsatzsystem (PS) angeordnet sind.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) und ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 5 bis 16 aufweist, wobei die Antriebswelle (GW1) des Getriebes (G) über einen getriebeinternen oder getriebe-externen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) entweder direkt oder über die Trennkupplung (K0) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) drehelastisch verbunden ist, und wobei Antriebsräder (DW) des Kraftfahrzeugs mit Ausgangswellen des Differentialgetriebes (AG) verbunden sind.