DE102016212221A1

DE102016212221A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016212221A1
Application number: DE102016212221.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Matthias Horn; Johannes Kaltenbach; Jens Moraw; Gerhard Niederbrucker; Juri Pawlakowitsch; Stephan Scharr; Viktor Warth; Michael Wechs; Peter Ziemer; Raffael Kuberczyk; Bernd Unseld; Michael Roske; Thomas Rosemeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-01-11

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Abtriebswelle (GW2), vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) sowie sieben Schaltelement (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) aufweist, wobei jeder der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) zwei miteinander kämmende Stirnräder aufweist, wovon das eine Stirnrad koaxial zur Antriebswelle (GW1) ist und das andere Stirnrad koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnet ist, wobei durch selektives Schließen der Schaltelemente (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) die Antriebswelle (GW1) und die Abtriebswelle (GW2) in Wirkverbindung bringbar sind, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar sind, wobei die mittels der Schaltelemente (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) und der Stirnradsätze (ST1 bis ST4) herstellbaren Wirkverbindungen zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) derart eingerichtet sind, dass in zwei der zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) genau drei der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) an der Gangbildung beteiligt sind, wobei in vier anderen der zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) nur einer der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) an der Gangbildung beteiligt ist, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Die Patentanmeldung DE 10 2005 057 813 A1 der Anmelderin offenbart ein mehrgängiges Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, einer parallel dazu angeordneten Vorgelegewelle und sechs Schaltkupplungen. Mittels dieses Schaltgetriebes sind unter Nutzung von nur vier Radsätzen sechs Vorwärtsgänge schaltbar, wobei in jedem der Vorwärtsgänge drei der sechs Schaltkupplungen geschlossen sind. Dieses Schaltgetriebe bedient sich abgesehen vom fünften Gang sogenannten Windungsgängen zur Gangbildung, bei denen mehr als nur ein Radsatz zur Gangbildung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle beiträgt. Durch Nutzung von Windungsgängen kann die Anzahl der verwendeten Radsätze gering gehalten werden. Jedoch verschlechtert die höhere Anzahl der im Leistungspfad befindlichen Radsätze den mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches ebenso zur Ausbildung von sechs Vorwärtsgängen unter Nutzung von vier Stirnradsätzen geeignet ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Das Getriebe umfasst eine Antriebswelle, eine achsparallel zur Antriebswelle angeordnete Abtriebswelle, vier Stirnradsätze sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes, sechstes und siebentes Schaltelement. Jeder der vier Stirnradsätze weist zwei miteinander kämmende Stirnräder auf. Das eine Stirnrad jedes Stirnradsatzes ist koaxial zur Antriebswelle angeordnet; das andere Stirnrad jedes Stirnradsatzes ist koaxial zur Abtriebswelle angeordnet. Durch selektives Schließen der Schaltelemente können Antriebswelle und Abtriebswelle miteinander in Wirkverbindung gebracht werden, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge ausbildbar sind.
Erfindungsgemäß sind die mittels der Schaltelemente und den vier Stirnradsätzen herstellbaren Wirkverbindungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle derart eingerichtet, dass in zwei der zumindest sechs Vorwärtsgänge genau drei der vier Stirnradsätze an der Gangbildung beteiligt sind, wobei in vier anderen der zumindest sechs Vorwärtsgänge nur einer der vier Stirnradsätze an der Gangbildung beteiligt ist. Da in einem ein Großteil der Vorwärtsgänge nur ein Stirnradsatz an der Gangbildung beteiligt ist, kann der mechanische Wirkungsgrad des Getriebes bei Verwendung im Kraftfahrzeug im zeitlichen Mittel verbessert werden. Durch die lediglich vier Stirnradsätze ist dabei ein axial kurzer Aufbau des Getriebes möglich. Dies verbessert insbesondere bei quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtetem Antriebsstrang dessen Bauraumbedarf.
Vorzugsweise befinden sich im ersten Vorwärtsgang der dritte Stirnradsatz, der erste Stirnradsatz und der zweite Stirnradsatz in dieser Reihenfolge im Leistungsfluss zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Im fünften Vorwärtsgang befinden sich der vierte Stirnradsatz, der dritte Stirnradsatz und der zweite Stirnradsatz in dieser Reihenfolge im Leistungspfad zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Im zweiten Vorwärtsgang ist nur der zweite Stirnradsatz, im dritten Vorwärtsgang nur der dritte Stirnradsatz, im vierten Vorwärtsgang nur der erste Stirnradsatz und im sechsten Vorwärtsgang ist nur der vierte Stirnradsatz an der Gangbildung beteiligt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Getriebe eine koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Welle auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements ist das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes mit der Antriebswelle verbindbar. Das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes ist drehfest mit der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle verbunden. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist eine über den vierten Stirnradsatz führende Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle herstellbar. Es bestehen dabei zwei mögliche Ausführungsformen: entweder wird durch Schließen des zweiten Schaltelements das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes mit der Antriebswelle verbunden, wobei das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes mit der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle drehfest verbunden ist; oder durch Schließen des zweiten Schaltelements wird das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes mit der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle verbunden, wobei das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Durch Schließen des dritten Schaltelements wird das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes mit der Antriebswelle verbunden. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes mit der Abtriebswelle verbindbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements wird das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes mit dem koaxial zur Antriebswelle angeordneten Stirnrad des dritten Stirnradsatzes verbunden. Das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Diese drehfeste Verbindung kann als eine einstückige Ausführung ausgebildet sein. Durch Schließen des sechsten Schaltelements ist das koaxial zur Antriebswelle angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes mit dem koaxial zur Antriebswelle angeordneten Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes verbindbar. Durch Schließen des siebenten Schaltelements ist das koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes mit der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle verbindbar.
Nachfolgend wird die bevorzugte Gangbildung der ersten Ausgestaltung des Getriebes beschrieben. Der erste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten, sechsten und siebenten Schaltelements. Der zweite Vorwärtsgang ergibt sich entweder durch Schließen von zumindest des ersten und fünften Schaltelements oder durch Schließen von zumindest des dritten und sechsten Schaltelements. Der dritte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten, vierten und des siebenten Schaltelements. Der vierte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen von zumindest des dritten und des vierten Schaltelements. Der fünfte Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen von zumindest des zweiten und des fünften Schaltelements. Der sechste Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten, vierten und des siebenten Schaltelements.
Die oben beschriebene Gangbildung beschreibt die Herstellung eines festen Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Im zweiten, vierten und fünften Vorwärtsgang ist durch das Schließen der oben bezeichneten Schaltelemente jedoch nicht die Drehzahl alle Stirnräder festgelegt. Dies ist sowohl für die Steuerung des Getriebes als auch für einen Gangwechselvorgang von Nachteil. Durch Schließen eines zusätzlichen Schaltelements kann jedoch eine feste Drehzahlbeziehung zwischen allen Stirnrädern hergestellt werden. Für den zweiten Vorwärtsgang ist neben dem ersten und fünften Schaltelement dazu entweder das sechste, das vierte, das dritte oder das siebente Schaltelement zu schließen. Wird der zweite Vorwärtsgang durch Schließen des dritten und sechsten Schaltelements gebildet, so ist dazu das erste, das zweite, das fünfte oder das siebente Schaltelement zu schließen. Für den vierten Vorwärtsgang ist dazu das erste, das zweite, das fünfte oder das siebente Schaltelement zu schließen. Für den fünften Vorwärtsgang ist dazu das dritte, vierte, sechste oder siebente Schaltelement zu schließen.
Gemäß einer möglichen Variante ergibt sich ein erster zusätzlicher Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, sechsten und des siebenten Schaltelements. Im ersten zusätzlichen Vorwärtsgang befinden sich der vierte Stirnradsatz, der erste Stirnradsatz und der zweite Stirnradsatz in dieser Reihenfolge im Leistungsfluss zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle. Der zusätzliche erste Vorwärtsgang befindet sich in der Gangreihe zwischen dem dritten und vierten Vorwärtsgang.
Gemäß einer weiteren möglichen Variante ergibt sich ein zweiter zusätzlicher Vorwärtsgang durch Schließen des dritten, fünften und des siebenten Schaltelements. Im zweiten zusätzlichen Vorwärtsgang befinden sich der erste Stirnradsatz, der dritte Stirnradsatz und der zweite Stirnradsatz in dieser Reihenfolge im Leistungsfluss zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle. Der zusätzliche erste Vorwärtsgang befindet sich in der Gangreihe zwischen dem dritten und vierten Vorwärtsgang. Bei Berücksichtigung des ersten zusätzlichen Vorwärtsganges befindet sich der zweite zusätzliche Vorwärtsgang in der Gangreihe zwischen dem dritten Vorwärtsgang und dem ersten zusätzlichen Vorwärtsgang. Vorzugsweise sind das dritte, fünfte und siebente Schaltelement als lastschalbare kraftschlüssige Kupplungen ausgebildet. Die verbleibenden Schaltelemente, also das erste, zweite, vierte und sechste Schaltelement sind als Klauenkupplungen ausgebildet, mit oder ohne eigener Synchronisierungseinrichtung. Dadurch wird die Lastschaltfähigkeit des Getriebes verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die vier Stirnradsätze in folgender axialen Reihenfolge angeordnet: erster Stirnradsatz, zweiter Stirnradsatz, dritter Stirnradsatz, vierter Stirnradsatz.
Um einen optionalen Rückwärtsgang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bereitzustellen, kann das Getriebe einen fünften Stirnradsatz mit drei Stirnrädern sowie ein achtes Schaltelement aufweisen. Zur Darstellung des Rückwärtsganges ist eine über den fünften Stirnradsatz führende, durch Schließen des achten Schaltelements und zumindest eines weiteren der Schaltelemente herstellbare Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.
Alternativ dazu kann der optionale Rückwärtsgang durch Vorsehen einer Zwischenwelle sowie eines achten Schaltelements bereitgestellt werden. Die Zwischenwelle ist dabei achsparallel zur Antriebswelle und zur Abtriebswelle anzuordnen. Zur Darstellung des Rückwärtsganges ist eine über die Zwischenwelle führende, durch Schließen des achten Schaltelements und zumindest eines weiteren der Schaltelemente herstellbare Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herzustellen.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor, wobei der Rotor in ständiger oder schaltbarer Wirkverbindung zur Antriebswelle steht. Die ständige oder schaltbare Wirkverbindung zur Antriebswelle kann dabei als direkte Verbindung oder über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis ausgebildet sein. Bei einer direkten, drehfesten Anbindung des Rotors an die Antriebswelle ist die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Bei einer Anbindung des Rotors über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis kann ein Stirnrad eines der vier Stirnradsätze, welches mit der Antriebswelle ständig oder schaltbar in Wirkverbindung steht, Bestandteil dieses Übersetzungsgetriebes sein. Dabei ist die elektrische Maschine bevorzugt achsparallel zu Antriebswelle und Abtriebswelle angeordnet. Durch die elektrische Maschine kann die Funktionalität des Getriebes erweitert werden, wodurch sich das Getriebe für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs eignet. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle erlaubt die Nutzung sämtlicher Gangstufen bei Antrieb des Hybridfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Getriebes weist eine Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit auf, welche zur Leistungsübertragung zwischen der getriebe-externen Antriebseinheit und der Antriebswelle eingerichtet ist. Ein Abschnitt der Abtriebswelle weist eine Verzahnung auf, welche zur Leistungsübertragung zwischen der Abtriebswelle und einem achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten Differentialgetriebe eingerichtet ist. Die Abtriebswellenverzahnung ist zur Übertragung einer Drehbewegung von der Abtriebswelle zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs hin ausgerichtet, unter Zwischenschaltung des Differentialgetriebes. Die Leistungsübertragung zwischen Abtriebswelle und Differentialgetriebe kann über ein Stirnradgetriebe mit einem oder mehreren Stirnradstufen, oder auch über eine Kette erfolgen. Das Differentialgetriebe kann Bestandteil des Getriebes, oder als separate Baueinheit in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein. Ein derart ausgebildetes Getriebe ist für den Einsatz in einem quer zur Fahrrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgerichteten Antriebsstrang geeignet.
Die Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit 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 an einem mit der Antriebswelle verbundenen hydrodynamischen Drehmomentwandler ausgebildet sein, welcher als Anfahrelement dient.
Vorzugsweise 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, und vorzugsweise in der Wirkverbindung zwischen der Schnittstelle zur getriebe-externen Antriebseinheit und der Antriebswelle angeordnet ist. Derart können von der getriebeexternen Antriebseinheit erzeugte Drehschwingungen zur Antriebswelle hin gedämpft werden.
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.
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 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
3 ein Schaltschema für die Getriebe gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung;
7 ein Schaltschema für das Getriebe gemäß dem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel;
8 und 9 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß eines sechsten und siebenten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
10 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, eine koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Welle GW3, einen ersten Stirnradsatz ST1, einen zweiten Stirnradsatz ST2, einen dritten Stirnradradsatz ST3, einen vierten Stirnradsatz ST4, sieben Schaltelemente 15, 16, 18, 27, 35, 38, 47 sowie ein Differentialgetriebe AG auf.
Jedes der Stirnradsätze ST1, ST2, ST3, ST4 weist ein miteinander kämmendes Stirnradpaar auf, wobei ein Stirnrad jedes Stirnradpaares koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet ist, und das andere Stirnrad jedes Stirnradpaares koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnet ist. Im Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1 als ein Losrad zur Antriebswelle GW1 ausgebildet, welches durch Schließen des dritten Schaltelements 18 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Das koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1 ist als ein Losrad zur Welle GW3 ausgebildet, welches durch Schließen des siebenten Schaltelements 47 mit der Welle GW3 verbindbar ist. Das koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes ST2 ist als ein Losrad zur Antriebswelle GW1 ausgebildet, welches durch Schließen des sechsten Schaltelements 38 mit dem koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordneten Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1 verbindbar ist. Das koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes ST2 ist mit der Abtriebswelle GW2 drehfest verbunden. Das koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes ST3 ist als ein Losrad zur Antriebswelle GW1 ausgebildet, welches durch Schließen des ersten Schaltelements 15 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist, und durch Schließen des fünften Schaltelements 35 mit dem koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordneten Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes ST2 verbindbar ist. Das koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes ST3 ist mit der Welle GW3 drehfest verbunden. Das koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes ST4 ist als ein Losrad zur Antriebswelle GW1 verbunden, welches durch Schließen des zweiten Schaltelements 16 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Das koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes ST4 ist mit der Welle GW3 drehfest verbunden. Durch Schließen des vierten Schaltelements 27 ist die Abtriebswelle GW2 mit dem koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordneten Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1 verbindbar.
Die in sämtlichen Ausführungsbeispielen dargestellten Größenverhältnisse der Stirnradsätze ST1 bis ST4 sind nicht maßstäblich anzusehen. Nachfolgend werden bevorzugte Übersetzungsverhältnisse der Stirnradsätze ST1 bis ST4 angegeben, welche für sämtliche Ausführungsbeispiele anwendbar sind: erster Stirnradsatz ST1: 0,99; zweiter Stirnradsatz ST2: 2,08; dritter Stirnradsatz ST3: 1,49; vierter Stirnradsatz ST4: 0,49.
Die Schaltelemente 18, 35, 47 sind in 1 als kraftschlüssige Kupplungen dargestellt, während die Schaltelemente 15, 16, 27, 38 als formschlüssige Kupplungen dargestellt sind. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der Schaltelemente könnte als kraftschlüssige oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Die in 1 dargestellte Ausbildung ist für die Lastschaltbarkeit des Getriebes G von Vorteil. Das erste und zweite Schaltelement 15, 16 weisen eine gemeinsame Schiebemuffe auf. Wird die Schiebemuffe in Bildrichtung rechts verschoben, so nimmt das zweite Schaltelement 16 die geschlossene Stellung ein, während das erste Schaltelement 15 geöffnet ist. Wird die Schiebemuffe in Bildrichtung links verschoben, so nimmt das erste Schaltelement 15 die geschlossene Stellung ein, während das zweite Schaltelement 16 geöffnet ist. In 1 nimmt die Schiebemuffe eine Mittelstellung ein, in der das erste Schaltelement 15 und das zweite Schaltelement 16 geöffnet sind.
Das Getriebe G weist eine Schnittstelle A zur Anbindung an eine getriebeexterne Antriebseinheit auf. Die Schnittstelle A ist dazu eingerichtet eine Drehbewegung der getriebeexternen Antriebseinheit auf die Antriebswelle GW1 zu übertragen. Die Schnittstelle A kann, wie in 1 dargestellt, direkt an der Antriebswelle GW1 angeordnet sein. Alternativ dazu kann zwischen der Schnittstelle A und der Antriebswelle GW1 eine Kupplung oder ein Drehmomentwandler angeordnet sein, welche beispielsweise als Anfahrelement dienen. Die Abtriebswelle GW2 weist an einem Abschnitt eine Verzahnung GW2A auf, welcher zur Leistungsübertragung zum Differentialgetriebe AG dient. Das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist für den Einsatz in einem quer zur Fahrrichtung ausgerichteten Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgesehen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Das koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes ST4 ist nun drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Das zweite Schaltelement 16 ist nun koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnet, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements 16 das koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnete Stirnrad des vierten Stirnradsatzes ST4 mit der Welle GW3 verbindbar ist.
3 zeigt ein Schaltschema, welches für die vorangegangen Ausführungsbeispiele des Getriebes G anwendbar ist. In den Zellen des Schaltschemas ist durch ein X gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 15, 16, 18, 27, 36, 38, 47 in welchem Vorwärtsgang 1 bis 6 geschlossen sind. Zur Bildung des zweiten, vierten und fünften Vorwärtsgangs sind mehrere gleichwertige Alternativen angegeben. Die letzten beiden Zeilen des Schaltschemas zeigen die Gangbildung eines ersten zusätzlichen Vorwärtsgangs Z1 und eines zweiten zusätzlichen Vorwärtsgangs Z2.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun einen fünften Stirnradsatz STR auf, welcher drei miteinander kämmende Stirnräder umfasst, und axial zwischen dem ersten und zweiten Stirnradsatz ST1, ST2 angeordnet ist. Ein Stirnrad des fünften Stirnradsatzes STR ist koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet, und als Losrad zur Antriebswelle GW1 ausgebildet. Durch Schließen eines achten Schaltelements R ist dieses Losrad mit dem koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordneten Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1 verbindbar. Ein weiteres Stirnrad des fünften Stirnradsatzes STR ist koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordnet, und mit dieser drehfest verbunden. Das verbleibende Stirnrad des fünften Stirnradsatzes STR dient der Drehrichtungsumkehr, und kämmt mit den beiden anderen Stirnrädern des fünften Stirnradsatzes STR. Das sechste und achte Schaltelement 38, R weisen dabei eine gemeinsame Schiebemuffe auf, welche axial zwischen dem ersten Stirnradsatz ST1 und dem fünften Stirnradsatz STR angeordnet ist.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich der Aufbau des Doppelschaltelements 38, R wurde verändert, sodass das achte Schaltelement R nun bei Verschieben der gemeinsamen Schiebemuffe in Bildrichtung rechts geschlossen wird. Die gemeinsame Schiebemuffe ist nun axial zwischen dem fünften Stirnradsatz STR und dem zweiten Stirnradsatz ST2 angeordnet.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun eine Zwischenwelle GWR auf, welche achsparallel zur Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 angeordnet ist. Die Zwischenwelle GWR umfasst zwei Stirnräder, wovon eines mit der Abtriebswelle GW2 ständig in Wirkverbindung steht. Das andere Stirnrad kämmt mit dem koaxial zur Abtriebswelle GW2 angeordneten Stirnrad des ersten Stirnradsatzes ST1, und ist durch Schließen des achten Schaltelements R mit der Zwischenwelle GWR verbindbar.
7 zeigt ein Schaltschema für die Getriebe G gemäß dem dritten bis fünften Ausführungsbeispiel. Mittels der Zwischenwelle GWR und dem achten Schaltelement R wird die Bildung von Rückwärtsgängen R1, R2, R3 zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 ermöglicht. Durch ein X ist im Schaltschema gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 15, 16, 18, 27, 35, 38, 47, R zur Bildung der Rückwärtsgänge R1, R2, R3 zu schließen sind.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Getriebe G weist nun eine koaxial zur Antriebswelle GW1, und mit dieser fest verbundenen elektrischen Maschine EM auf. Die Schnittstelle A zur getriebe-externen Antriebseinheit ist nun an einer Anschlusswelle AN ausgebildet, welche durch Schließen einer Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Die Trennkupplung K0 kann, wie in 9 dargestellt, als kraftschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Trennkupplung K0 als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied zu dem in 8 dargestellten Getriebe ist eine elektrische Maschine EM nun achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet. Die elektrische Maschine EM ist über den vierten Stirnradsatz ST4 und über ein Zwischenrad mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden.
10 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Eine Verbrennungskraftmaschine VKM ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Das in 10 dargestellte Getriebe G entspricht dem in 9 dargestellten siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Verbrennungskraftmaschine VKM könnte über den Torsionsschwingungsdämpfer TS auch über die Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 des Getriebes G verbindbar sein. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der gegenständlichen Ausführungsbeispiele ausgeführt sein, mit oder ohne elektrische Maschine EM. Der Antriebsstrang könnte einen hydrodynamischen Drehmomentwandler enthalten, welcher im Kraftfluss zwischen der Verbrennungskraftmaschine VKM und der Antriebswelle GW1 des Getriebes G anzuordnen 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 an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung wird über das Differentialgetriebe AG auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GW1: Antriebswelle
AN: Anschlusswelle
A: Schnittstelle
GW2: Abtriebswelle
GW2A: Abtriebswellenverzahnung
GW3: Welle
GWR: Zwischenwelle
ST1: Erster Stirnradsatz
ST2: Zweiter Stirnradsatz
ST3: Dritter Stirnradsatz
ST4: Vierter Stirnradsatz
STR: Fünfter Stirnradsatz
15: Erstes Schaltelement
16: Zweites Schaltelement
18: Drittes Schaltelement
27: Viertes Schaltelement
35: Fünftes Schaltelement
38: Sechstes Schaltelement
47: Siebentes Schaltelement
R: Achtes Schaltelement
K0: Trennkupplung
1–6: Vorwärtsgang
Z1: Erster zusätzlicher Vorwärtsgang
Z2: Zweiter zusätzlicher Vorwärtsgang
R1: Rückwärtsgang
R2: Rückwärtsgang
R3: Rückwärtsgang
EM: Elektrische Maschine
AG: Differentialgetriebe
VKM: Verbrennungskraftmaschine
TS: Torsionsschwingungsdämpfer
DW: Antriebsrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005057813 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Abtriebswelle (GW2), vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes, sechstes und siebentes Schaltelement (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) aufweist, wobei jeder der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) zwei miteinander kämmende Stirnräder aufweist, wovon das eine Stirnrad koaxial zur Antriebswelle (GW1) ist und das andere Stirnrad koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnet ist, wobei durch selektives Schließen der Schaltelemente (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) die Antriebswelle (GW1) und die Abtriebswelle (GW2) in Wirkverbindung bringbar sind, sodass zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) ausbildbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Schaltelemente (15, 16, 18, 27, 35, 38, 47) und der Stirnradsätze (ST1 bis ST4) herstellbaren Wirkverbindungen zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) derart eingerichtet sind, dass in zwei der zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) genau drei der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) an der Gangbildung beteiligt sind, wobei in vier anderen der zumindest sechs Vorwärtsgänge (1 bis 6, Z1, Z2) nur einer der vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) an der Gangbildung beteiligt ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – im ersten Vorwärtsgang (1) der dritte Stirnradsatz (ST3), der erste Stirnradsatz (ST1) und der zweite Stirnradsatz (ST2) in dieser Reihenfolge im Leistungsfluss zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) sind, und – im fünften Vorwärtsgang (5, 5.1, 5.2, 5.3) der vierte Stirnradsatz (ST4), der dritte Stirnradsatz (ST3) und der zweite Stirnradsatz (ST2) in dieser Reihenfolge im Leistungsfluss zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) sind, und – im zweiten Vorwärtsgang (2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) nur der zweite Stirnradsatz (ST2), – im dritten Vorwärtsgang (3) nur der dritte Stirnradsatz (ST3), – im vierten Vorwärtsgang (4, 4.1, 4.2, 4.3) nur der erste Stirnradsatz (ST1), – und im sechsten Vorwärtsgang (6) nur der vierte Stirnradsatz (ST4) an der Gangbildung beteiligt ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnete Welle (GW3) aufweist, wobei – durch Schließen des ersten Schaltelements (15) das koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes (ST3) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist, wobei das koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnete Stirnrad des dritten Stirnradsatzes (ST3) drehfest mit der koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordneten Welle (GW3) verbunden ist, – durch Schließen des zweiten Schaltelements (16) eine über den vierten Stirnradsatz (ST4) führende Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordneten Welle (GW3) herstellbar ist, – durch Schließen des dritten Schaltelements (18) das koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes (ST1) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist, – durch Schließen des vierten Schaltelements (27) das koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes (ST1) mit der Abtriebswelle (GW2) verbindbar ist, – durch Schließen des fünften Schaltelements (35) das koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes (ST2) mit dem koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Stirnrad des dritten Stirnradsatzes (ST3) verbindbar ist, wobei das koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnete Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes (ST2) drehfest mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist, – durch Schließen des sechsten Schaltelements (38) das koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes (ST1) mit dem koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Stirnrad des zweiten Stirnradsatzes (ST2) verbindbar ist, und wobei – durch Schließen des siebenten Schaltelements (47) das koaxial zur Abtriebswelle (GW2) angeordnete Stirnrad des ersten Stirnradsatzes (ST1) mit der koaxial zur Abtriebswelle angeordneten Welle (GW3) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich – der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des ersten, sechsten und siebenten Schaltelements (15, 38, 47), – der zweite Vorwärtsgang durch Schließen von zumindest des ersten und fünften Schaltelements (2, 2.1, 2.2, 2.4: 15, 35) oder alternativ dazu durch Schließen von zumindest des dritten und sechsten Schaltelements (2.3, 2.5, 2.6, 2.7: 18, 38), – der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des ersten, vierten und siebenten Schaltelements (15, 27, 47), – der vierte Vorwärtsgang (4, 4.1, 4.2, 4.3) durch Schließen von zumindest des dritten und des vierten Schaltelements (18, 27), – der fünfte Vorwärtsgang (5, 5.1, 5.2, 5.3) durch Schließen von zumindest des zweiten und des fünften Schaltelements (16, 35), und – der sechste Vorwärtsgang (6) sich durch Schließen des zweiten, vierten und siebenten Schaltelements (16, 27, 47) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster zusätzlicher Vorwärtsgang (Z1) durch Schließen des zweiten, des sechsten und des siebenten Schaltelements (16, 38, 47) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter zusätzlicher Vorwärtsgang (Z2) durch Schließen des dritten, des fünften und des siebenten Schaltelements (18, 35, 47) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (18), das fünfte Schaltelement (35) und das siebente Schaltelement (47) als lastschaltbare kraftschlüssige Kupplungen ausgebildet sind, wobei das erste Schaltelement (15), das zweite Schaltelement (16), das vierte Schaltelement (27) und das sechste Schaltelement (38) als Klauenkupplungen ausgebildet sind.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Stirnradsätze (ST1 bis ST4) in folgender axialen Reihenfolge angeordnet sind: erster Stirnradsatz (ST1), zweiter Stirnradsatz (ST2), dritter Stirnradsatz (ST3), vierter Stirnradsatz (ST4).
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) einen fünften Stirnradsatz (STR) mit drei Stirnrädern und ein achtes Schaltelement (R) aufweist, wobei zur Darstellung zumindest eines Rückwärtsganges (R1, R2, R3) durch Schließen des achten Schaltelements (R) und zumindest eines weiteren der Schaltelemente (18; 16, 47; 15, 47) eine über den fünften Stirnradsatz (STR) führende Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) herstellbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine achsparallel zur Antriebswelle (GW1) und Abtriebswelle (GW2) angeordnete Zwischenwelle (GWR) und ein achtes Schaltelement (R) aufweist, wobei zur Darstellung zumindest eines Rückwärtsganges (R1, R2, R3) durch Schließen des achten Schaltelements (R) und zumindest eines weiteren der Schaltelemente (18; 16, 47; 15, 47) eine über die Zwischenwelle (GWR) führende Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) herstellbar ist.
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) aufweist, wobei der Rotor (R) entweder direkt oder über ein festes Übersetzungsverhältnis, ständig oder schaltbar mit der Antriebswelle (GW1) in Wirkverbindung steht.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Schnittstelle (A) aufweist, welche zur Leistungsübertragung von einer getriebe-externen Antriebseinheit an die Antriebswelle (GW1) eingerichtet ist, wobei ein Abschnitt der 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 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Trennkupplung (K0) aufweist, durch welche jene Welle des Getriebes (G), an der die Schnittstelle (A) ausgebildet ist, mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) und ein Getriebe (G) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13 aufweist, wobei die Antriebswelle (GW1) des Getriebes (G) über einen getriebe-internen 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.