DE102017200791A1

DE102017200791A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017200791A1
Application number: DE102017200791.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Juri Pawlakowitsch; Matthias Horn; Stefan Beck; Martin Brehmer; Suryanto Hendrawan; Johannes Kaltenbach; Martin Rattay; Matthias Reisch; Wolfgang Rieger; Thomas Rosemeier; Michael Roske; Stephan Scharr; Viktor Warth; Michael Wechs
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Vorschaltradsatz (VRS), einen achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Hauptradsatz (HRS), zwei Stirnradstufen mit unterschiedlichem Übersetzungsverhältnis (ST1, ST2), sowie eine Mehrzahl von Schaltelementen (C, B, D, H, M, L; C2, B2, D2, H2, M2, L2, F; C3, B3, D3, H3, M3, L3, A) aufweist, deren selektives Schließen eine Mehrzahl von Gangstufen (1 bis 9; 11 bis 111; 21 bis 213) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) bewirkt, 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 101 15 985 A1 der Anmelderin zeigt ein Mehrstufengetriebe mit einer Antriebswelle, die mit einem Vorschaltsatz verbunden ist, und mit einer Abtriebswelle, die mit einem Nachschaltradsatz verbunden ist. Durch selektives Schalten von sechs Schaltelementen werden bis zu neun Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle gebildet. Der Nachschaltradsatz ist dabei nicht koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Zur Überbrückung des Achsabstands sind zwei Stirnradstufen vorgesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung das im Stand der Technik bekannte Mehrstufengetriebe weiterzuentwickeln, wobei zumindest acht verfügbare Gangstufen mit möglichst geringem mechanischem Aufwand erreicht werden soll.
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 Abtriebswelle, einen koaxial zur Antriebswelle angeordneten Vorschaltradsatz, einen achsparallel zur Antriebswelle angeordneten Hauptradsatz, eine erste und zweite Stirnradstufe sowie eine Mehrzahl an Schaltelementen. Die erste und zweite Stirnradstufe weisen je ein erstes und zweites Stirnrad auf, welche miteinander kämmen. Die Antriebswelle ist dabei mit dem ersten Stirnrad der ersten Stirnradstufe ständig drehfest verbunden.
Durch Schließen zumindest eines ersten der Schaltelemente ist die zweite Stirnradstufe drehfest festsetzbar, sodass das erste und zweite Stirnrad der zweiten Stirnradstufe keine Drehzahl annehmen können. Durch Schließen zumindest eines zweiten der Schaltelemente ist Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle an das erste Stirnrad der zweiten Stirnradstufe übertragbar. Dazu kann die Antriebswelle beispielsweise mit dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe verbunden werden. Durch Schließen zumindest eines dritten der Schaltelemente wird dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe eine Drehzahl vorgegeben, deren Drehrichtung sich von der Drehrichtung der Antriebswelle unterscheidet. Die Drehrichtungsumkehr erfolgt dabei unter Nutzung des Vorschaltradsatzes.
Der Hauptradsatz weist genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen auf. Diese sind dazu in der gegenständlichen Anmeldung als erste Welle, zweite Welle, dritte Welle und vierte Welle bezeichnet. Die Drehzahlen der vier Wellen steigen in der Reihenfolge der Bezeichnung erste, zweite, dritte, vierte Welle linear an, nehmen ab oder sind gleich. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die kleinste Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die größer oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang. Die Drehzahl einer oder mehrerer der vier Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag. Werden zwei der vier Wellen miteinander verbunden, so weisen die vier Wellen die gleiche Drehzahl auf. Der Hauptradsatz zeichnet sich somit in erster Linie durch seine Kinematik aus, und nicht durch dessen Aufbau.
Durch Schließen eines vierten der Schaltelemente wird das zweite Stirnrad der ersten Stirnradstufe mit der in Drehzahlordnung zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Durch Schließen eines fünften der Schaltelemente wird das zweite Stirnrad der ersten Stirnradstufe mit der in Drehzahlordnung vierten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Durch Schließen eines sechsten der Schaltelemente wird die in Drehzahlordnung zweite Welle des Hauptradsatzes drehfest festgesetzt. Das zweite Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ist mit der in Drehzahlordnung ersten Welle ständig verbunden.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Übersetzungsverhältnis der zweiten Stirnradstufe kleiner zu wählen als das Übersetzungsverhältnis der ersten Stirnradstufe. In anderen Worten ist die Drehzahl des zweiten Stirnrades der zweiten Stirnradstufe bei geschlossenem zweitem Schaltelement kleiner als die Drehzahl des zweiten Stirnrades der ersten Stirnradstufe. Dadurch tragen die Stirnradstufen zur Gangbildung wobei, wodurch bei gleicher möglicher Gangzahl der Bauaufwand des Vorschaltradsatzes reduziert werden kann. Bei unreduziertem Bauaufwand des Vorschaltradsatzes kann die verfügbare Gangzahl erhöht werden.
Vorzugsweise umfasst der Vorschaltradsatz einen einzigen Planetenradsatz, welcher ein erstes, zweites und drittes Element aufweist. Das erste Element ist mit der Antriebswelle ständig verbunden. Das zweite Element kann durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest festgesetzt werden. Das dritte Element ist mit dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ständig verbunden. Durch Schließen des zweiten Schaltelements sind zwei der drei Elemente des Planetenradsatzes miteinander verbindbar. Eine derartige Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes erlaubt bereits die Bildung von neun Gangstufen, wie in weiterer Folge noch erläutert wird.
Ein Planetenradsatz kann als Minus-Radsatz oder als Plus-Radsatz aufgebaut sein. 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.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das erste Element des Planetenradsatzes durch dessen Sonnenrad gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch dessen Steg gebildet, und das dritte Element durch dessen Hohlrad. Ist der Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das dritte Element durch den Steg gebildet, und das zweites Element durch das Hohlrad.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes weist dieser genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen auf. Die zuvor genannten Ausführungen zur Drehzahlordnung des Hauptradsatzes sind daher auch auf den Vorschaltradsatz anwendbar. Die in Drehzahlordnung erste Welle des Vorschaltradsatzes ist mit der Antriebswelle ständig verbunden. Die in Drehzahlordnung zweite Welle des Vorschaltradsatzes ist durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest festsetzbar. Die in Drehzahlordnung dritte Welle des Vorschaltradsatzes ist mit dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ständig drehfest verbunden. Durch Schließen des zweiten Schaltelements sind zwei der vier Wellen des Vorschaltradsatzes miteinander verbindbar. Der Bauaufwand dieser alternativen Ausgestaltung ist mit dem im Stand der Technik bekannten Mehrstufengetriebe vergleichbar, erlaubt jedoch die Ausbildung weiterer Gänge. Dies wird in weiterer Folge noch erläutert.
Unabhängig von den zuvor genannten Varianten des Vorschaltradsatz-Aufbaus ermöglicht ein paarweises Schließen der Schaltelemente die Ausbildung von neun Gangstufen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. Eine erste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten und sechsten Schaltelements. Eine zweite Gangstufe ergibt sich durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements. Eine dritte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten und fünften Schaltelements. Eine vierte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten und fünften Schaltelements. Eine fünfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten und fünften Schaltelements. Eine sechste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des vierten und fünften Schaltelements. Eine siebente Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten und vierten Schaltelements. Eine achte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten und vierten Schaltelements. Eine neunte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten und vierten Schaltelements. Die erste Gangstufe kann abhängig von den Übersetzungen als Kriechgang verwendet werden. Ist ein solcher nicht erforderlich, so kann das Getriebe auch nur mit acht Gangstufen verwendet werden; sodass die zweite Gangstufe als erste Gangstufe verwendet wird.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist das Getriebe ein siebentes Schaltelement auf. Durch Schließen dieses siebenten Schaltelements wird dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle reduzierte Drehzahl gleicher Drehrichtung vorgegeben. Bei einer Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes als System mit vier Wellen in Drehzahlordnung kann durch Schließen des siebenten Schaltelements beispielsweise die in Drehzahlordnung vierte Welle des Vorschaltradsatzes drehfest festgesetzt werden. Durch das siebente Schaltelement kann der in Drehzahlordnung ersten Welle des Hauptradsatzes ein weiteres Drehzahlniveau zugeführt werden, wodurch weitere Gangstufen ausbildbar sind.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Gangbildung eines solchen Systems mit sieben Schaltelementen beschrieben. Eine erste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten und sechsten Schaltelements. Eine zweite Gangstufe ergibt sich durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements. Eine dritte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten und fünften Schaltelements. Eine vierte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten und fünften Schaltelements. Eine fünfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des fünften und siebenten Schaltelements. Eine sechste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten und fünften Schaltelements. Eine siebente Gangstufe ergibt sich durch Schließen des vierten und fünften Schaltelements. Eine achte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten und vierten Schaltelements. Eine neunte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des vierten und siebenten Schaltelements. Eine zehnte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten und vierten Schaltelements. Eine elfte Gangstufe ergibt sich durch Schließend es dritten und vierten Schaltelements. Die erste Gangstufe kann abhängig von den Übersetzungen als Kriechgang verwendet werden. Ist ein solcher nicht erforderlich, so kann das Getriebe auch nur mit zehn Gangstufen verwendet werden, sodass die zweite Gangstufe als erste Gangstufe verwendet wird.
Eine Gangstufe mit im Vergleich zur ersten Gangstufe veränderten Drehrichtung der Abtriebswelle kann durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements erreicht werden. Eine derartige Gangstufe ist im Kraftfahrzeug zur Bereitstellung eines Rückwärtsganges geeignet.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung weist der Vorschaltradsatz genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen auf. Die zuvor genannten Ausführungen zur Drehzahlordnung des Hauptradsatzes sind daher auch auf den Vorschaltradsatz anwendbar. Die in Drehzahlordnung erste Welle des Vorschaltradsatzes ist dabei durch Schließen des ersten Schaltelements drehfest festsetzbar, und durch Schließen des zweiten Schaltelements mit der Antriebswelle verbindbar. Die in Drehzahlordnung zweite Welle des Vorschaltradsatzes ist durch Schließen des dritten Schaltelements drehfest festsetzbar. Die in Drehzahlordnung dritte Welle des Vorschaltradsatzes ist mit dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ständig drehfest verbunden. Die in Drehzahlordnung vierte Welle des Vorschaltradsatzes ist durch Schließen eines zusätzlichen Schaltelements mit der Antriebswelle verbindbar. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist keine der vier Vorschaltradsatzwellen mit der Antriebswelle ständig verbunden. Zusammen mit dem zusätzlichen Schaltelement kann dadurch die Variabilität des Vorschaltradsatzes erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der weiteren alternativen Ausgestaltung ist die zweite Stirnradstufe durch Schließen des ersten und des dritten Schaltelements drehfest festsetzbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements werden Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle an das erste Stirnrad der zweiten Stirnradstufe übersetzungsfrei übertragen. Durch Schließen des dritten und zweiten Schaltelements wird dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe eine Drehzahl vorgegeben, deren Drehrichtung sich von der Antriebswellendrehrichtung unterscheidet. Der Vorschaltradsatz ermöglicht demnach nur dann eine Leistungsübertragung zwischen Antriebswelle und zweiter Stirnradstufe, wenn zwei Schaltelemente geschlossen sind. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden.
Durch selektives Schließen der Schaltelemente sind dadurch dreizehn Gangstufen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Eine erste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten, dritten und sechsten Schaltelements. Eine zweite Gangstufe ergibt sich durch Schließen von zumindest dem fünften und sechsten Schaltelement. In der zweiten Gangstufe ist vorzugsweise zudem das dritte Schaltelement geschlossen. Eine dritte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schaltelements. Eine vierte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelements. Eine fünfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements, des fünften Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine sechste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements, des fünften Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine siebente Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten, des fünften Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine achte Gangstufe ergibt sich durch Schließen von zumindest dem vierten und fünften Schaltelement. In der achten Gangstufe ist vorzugsweise zudem das zusätzliche Schaltelement geschlossen. Eine neunte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements, des vierten Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine zehnte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten Schaltelements, des vierten Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine elfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements, des vierten Schaltelements und des zusätzlichen Schaltelements. Eine zwölfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, dritten und vierten Schaltelements. Eine dreizehnte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelements. Die erste Gangstufe kann abhängig von den Übersetzungen als Kriechgang verwendet werden. Ist ein solcher nicht erforderlich, so kann das Getriebe auch nur mit zwölf Gangstufen verwendet werden; sodass die zweite Gangstufe als erste Gangstufe verwendet wird.
Gangstufen mit im Vergleich zur ersten Gangstufe veränderter Drehrichtung der Abtriebswelle können durch Schließen folgender Schaltelemente erreicht werden: zweites Schaltelement, zusätzliches Schaltelement, und sechstes Schaltelements; oder drittes Schaltelement, zusätzliches Schaltelement und sechstes Schaltelement. Derartige Gangstufen sind im Kraftfahrzeug zur Bereitstellung eines Rückwärtsganges geeignet.
Der Hauptradsatz des Getriebes kann verschiedenartig aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Hauptradsatz als ein Ravigneaux-Radsatz aufgebaut sein. Ein Ravigneaux-Radsatz bildet ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe und besteht funktional gesehen aus zwei Planetenradsätzen, wobei einer der Planetenradsätze als Minus-Radsatz und der andere Planetenradsatz als Plus-Radsatz ausgebildet ist. Der Steg des Minus-Radsatz ist mit dem Steg des Plus-Radsatzes ständig verbunden, wodurch ein gemeinsamer Steg gebildet wird. In der Ausführung mit zusammengefasstem Hohlrad kämmen die äußeren Planetenräder des als Plus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatzes und die Planetenräder des als Minus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatzes mit dem gleichen Hohlrad. Ein Ravigneaux-Radsatz zeichnet sich durch einen geringen Bauraumbedarf und eine einfache Baubarkeit aus, und ist somit für die gegenständliche Anwendung besonders geeignet.
Alternativ dazu kann der Hauptradsatz durch zwei als Minus-Radsatz ausgebildete Einzel-Planetenradsätze aufgebaut sein, deren Stegwellen miteinander verbunden sind, und wobei eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes besteht. Ein solcher Hauptradsatz zeichnet sich durch einen besonders geringen axialen Bauraumbedarf aus, da das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes am Hohlrad-Außenumfang des zweiten Planetenradsatzes ausgebildet sein kann.
Gemäß einer weiteren Alternative kann der Hauptradsatz durch zwei als Minus-Radsatz ausgebildete Einzel-Planetenradsätze aufgebaut sein, deren Sonnenradwellen miteinander verbunden sind, wobei eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Steg des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes besteht. Ein solcher Aufbau wird auch als Simpson-Radsatz bezeichnet, welcher sich durch einen guten Wirkungsgrad und eine einfache Baubarkeit auszeichnet.
Alternativ dazu kann der Hauptradsatz auch durch zwei als Minus-Radsatz ausgebildete Einzel-Planetenradsätze aufgebaut sein, wobei der Steg des einen Planetenradsatzes jeweils mit dem Hohlrad des anderen Planetenradsatzes ständig verbunden ist. Auch ein solcher Hauptradsatz zeichnet durch einen guten Wirkungsgrad und eine einfache Baubarkeit aus.
Die zuvor genannten vorteilhaften Ausgestaltungen des Hauptradsatzes sind auch für Ausführungen des Vorschaltradsatzes mit vier in Drehzahlordnung gereihten Wellen anwendbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor mit der Antriebswelle ständig oder schaltbar verbunden ist. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle ermöglicht die Nutzung sämtlicher Gangstufen des Getriebes bei Antrieb mittels der elektrischen Maschine.
Der Rotor kann mit der Antriebswelle entweder unmittelbar oder über ein Übersetzungsgetriebe ständig oder schaltbar verbunden sein. Bei einer unmittelbaren Verbindung ist die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Bei einer Verbindung über ein Übersetzungsgetriebe kann die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle angeordnet sein. Die ständige oder schaltbare Verbindung zwischen Rotor und Antriebswelle kann dabei beispielsweise über einen ein- oder mehrstufigen Stirntrieb oder über einen Kettentrieb erfolgen.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch einen Verbrennungsmotor auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Antriebswelle des Getriebes drehelastisch verbunden, bzw. verbindbar sein kann. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem getriebe-internen oder getriebe-externen Differentialgetriebe antriebswirkverbunden, welches mit Rädern des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist. Weist das Getriebe die elektrische Maschine auf, so ermöglicht der Antriebsstrang mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug vom Verbrennungsmotor angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl vom Verbrennungsmotor als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden. Eine ständig drehfeste Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht und deren verbundene Elemente somit stets die gleiche Drehzahl aufweisen.
Unter dem Begriff „Schließen eines Schaltelements“ wird im Zusammenhang mit der Gangbildung ein Vorgang verstanden, bei dem das Schaltelement so angesteuert wird, dass es am Ende des Schließvorgangs ein hohes Maß an Drehmoment überträgt. Während formschlüssige Schaltelemente im „geschlossenen“ Zustand keine Differenzdrehzahl zulassen, ist bei kraftschlüssigen Schaltelementen im „geschlossenen“ Zustand die Ausbildung einer geringen Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften gewollt oder ungewollt möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen Drehzahlplan des Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Schaltschema des Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 bis 6 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel;
7 einen Drehzahlplan der Getriebe gemäß den zweiten bis vierten Ausführungsbeispielen;
8 ein Schaltschema für die Getriebe gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
10 einen Drehzahlplan des Getriebes gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
11 ein Schaltschema für das Getriebe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel; und
12 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Größenverhältnisse sind beispielhaft gewählt und nur qualitativ zu bewerten. Sie geben keine Auskunft über bevorzugte Übersetzungsverhältnisse.
1 zeigt ein Getriebe G gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, einen Vorschaltradsatz VRS, einen Hauptradsatz HRS, eine erste Stirnradstufe ST1, eine zweite Stirnradstufe ST2, sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und sechstes Schaltelement C, B, D, H, M, L auf.
Der Vorschaltradsatz VRS umfasst einen einzigen als Plus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatz P1, welcher ein erstes Element E1, ein zweites Element E2 und ein drittes Element E3 aufweist. Der Planetenradsatz P1 ist koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet. Das erste Element E1 wird durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 gebildet, und ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Das zweite Element E2 wird durch das Hohlrad des Planetenradsatzes P1 gebildet, und ist durch Schließen des dritten Schaltelements D drehfest festsetzbar. Das dritte Element E3 wird durch den Steg des Planetenradsatzes P1 gebildet, und ist durch Schließen des ersten Schaltelements C drehfest festsetzbar. Der Steg ist darüber hinaus durch Schließen des zweiten Schaltelements B mit der Antriebswelle GW1 verbindbar.
Der Hauptradsatz HRS weist zwei je als Minus-Radsatz ausgebildete Einzel-Planetenradsätze PH1, PH2 auf, und ist achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes PH1 ist mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes PH2 verbunden, bzw. einteilig mit diesem ausgebildet. Die Stegwellen der Planetenradsätze PH1, PH2 sind ebenso miteinander verbunden. Dadurch weisen die Planetenradsätze PH1, PH2 in Summe vier Wellen auf, welche in weiterer Folge als W1, W2, W3, W4 bezeichnet sind. Die Bezeichnung charakterisiert dabei die Drehzahlordnung der Wellen. Die in Drehzahlordnung erste Welle W1 ergibt sich durch die Sonnenrad-Hohlrad-Koppelung. Die in Drehzahlordnung zweite Welle W2 ergibt sich durch die Steg-Steg-Koppelung, und ist durch Schließen des sechsten Schaltelements L drehfest festsetzbar. Die in Drehzahlordnung dritte Welle W3 ist einem Hohlrad des Planetenradsatzes PH1 zugeordnet, und ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden. Die in Drehzahlordnung vierte Welle W4 ist einem Sonnenrad des Planetenradsatzes PH2 zugeordnet.
Die Stirnradstufen ST1, ST2 befinden sich in der Wirkverbindung zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2, und überbrücken dabei den Achsabstand zwischen Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS. Ein Stirnrad ST1V der ersten Stirnradstufe ST1 ist mit der Antriebswelle GW1 ständig drehfest verbunden. Das Stirnrad ST1V kämmt mit einem Stirnrad ST1H, welches durch Schließen des fünften Schaltelements M mit der in Drehzahlordnung vierten Welle W4 verbindbar ist. Das Stirnrad ST1H ist zudem durch Schließen des vierten Schaltelements H mit der in Drehzahlordnung zweiten Welle W2 verbindbar. Ein Stirnrad ST2V der zweiten Stirnradstufe ST2 ist mit dem dritten Element E3 ständig drehfest verbunden. Das Stirnrad ST2V kämmt mit einem Stirnrad ST2H, welches mit der in Drehzahlordnung ersten Welle W1 ständig drehfest verbunden ist. Das Übersetzungsverhältnis der zweiten Stirnradstufe ST2 ist dabei kleiner als das Übersetzungsverhältnis der ersten Stirnradstufe ST1.
Die Schaltelemente C, B, D, H, M, L sind schematisch als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Einzelne oder sämtliche der Schaltelemente C, B, D, H, M, L können auch als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
Das Getriebe G weist zudem eine elektrische Maschine EM auf, welche koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Ein Rotor der elektrischen Maschine EM ist mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Das Getriebe G weist ferner eine Anschlusswelle AN auf, welche durch Schließen einer Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Die Anschlusswelle AN dient als Schnittstelle zu einem Verbrennungsmotor. Die Anschlusswelle AN weist zwei Abschnitte auf, welche mittels eines Torsionsschwingungsdämpfers TS miteinander verbunden sind. Elektrische Maschine EM, Trennkupplung K0 und Anschlusswelle AN mitsamt Torsionsschwingungsdämpfer TS sind optionale Bestandteile des Getriebes G. Diese könnten beispielsweise in einem dem Getriebe G vorgeschalteten Hybridmodul angeordnet sein. Es sind also Ausführungen des Getriebes G ohne elektrische Maschine EM und ohne Trennkupplung K0 möglich.
Das Getriebe G könnte auch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler umfassen, welcher in der Wirkverbindung zwischen Anschlusswelle AN und Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Die Pumpenwelle des Drehmomentwandlers ist dabei mit der Anschlusswelle AN verbunden, und die Turbinenwelle mit der Antriebswelle GW1. Es kann eine Überbrückungskupplung zwischen Anschlusswelle AN und Antriebswelle GW1 vorgesehen sein. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele.
2 zeigt die Drehzahlpläne für Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS des Getriebes G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Drehzahlplan des Hauptradsatzes HRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS aufgetragen. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1, W2, W3, W4 ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze PH1. PH2. Im Drehzahlplan des Vorschaltradsatzes VRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der Elemente E1, E2, E3 des Planetenradsatzes P1 aufgetragen, wobei die Drehzahl n = 1 die Antriebswellendrehzahl charakterisiert. Zwischen den Drehzahlplänen ist die über die Stirnradstufen ST1, ST2 verlaufende Wirkverbindung zwischen Antriebswelle GW1, bzw. Vorschaltradsatz VRS und dem Hauptradsatz HRS angedeutet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Drehzahlen der Elemente E1, E2, E3 und der Hauptradsatzwellen W1 bis W4 in die gleiche Richtung aufgetragen. Tatsächlich erfolgt natürlich eine Drehrichtungsumkehr aufgrund der Stirnradstufen ST1, ST2.
Durch die Drehzahlpläne wird die Funktionsweise des Vorschaltradsatzes VRS und seine Wirkung auf die in Drehzahlordnung erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS deutlich. Das Schließen des zweiten Schaltelements B bewirkt eine übersetzungsfreie Übertragung von Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle GW1 an das Stirnrad ST2V der zweiten Stirnradstufe ST2. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des dritten Schaltelements D wird dem Stirnrad ST2V eine Drehzahl vorgegeben, deren Drehrichtung sich von der Antriebswellendrehrichtung unterscheidet. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des ersten Schaltelements C werden die Stirnräder ST2V, ST2H der zweiten Stirnradstufe ST2 drehfest festgesetzt, und damit auch die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS. Für diese Wirkung ist es unerheblich, ob das erste Schaltelement C auf das Stirnrad ST2V oder das Stirnrad ST2H wirkt. Das erste Schaltelement C könnte daher abweichend von der Darstellung in 1 koaxial zum Hauptradsatz HRS angeordnet sein, beispielsweise axial neben dem sechsten Schaltelement L.
3 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschemas sind neun Gangstufen 1 bis 9 sowie eine zusätzliche Gangstufe R1 aufgelistet. Zudem ist eine Neutralstufe N angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist der Zustand der Schaltelemente C, B, D, H, M, L angegeben, wobei ein Kreis den geschlossenen Zustand kennzeichnet. Die letzten beiden Spalten zeigen beispielhafte Übersetzungsverhältnisse i der Gangstufen 1 bis 9, R1 sowie die Gangsprünge zwischen den Gangstufen 1 bis 9, R1. Das Vorzeichen der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse i berücksichtigt dabei die Drehrichtungsumkehr durch die Stirnradstufen ST1, ST2 nicht.
4 zeigt ein Getriebe G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Insbesondere ist der Aufbau des Hauptradsatzes HRS identisch. Im Wesentlichen unterscheiden sich die beiden Ausführungsbeispiele durch den Aufbau des Vorschaltradsatzes VRS, welcher nun als ein Ravigneaux-Radsatz ausgebildet ist, und durch ein siebentes Schaltelement F. Durch den Aufbau als Ravigneaux-Radsatz weist der Vorschaltradsatz genau vier Wellen auf, welche in der Reihenfolge ihrer Drehzahlordnung als erste Welle WV1, zweite Welle WV2, dritte Welle WV3 und vierte Welle WV4 bezeichnet sind. Die erste Welle WV1 wird durch das kleine Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes gebildet, und ist mit der Antriebswelle GW1 ständig drehfest verbunden. Die zweite Welle WV2 wird durch das gemeinsame Hohlrad des Ravigneaux-Radsatzes gebildet, und ist durch Schließen des dritten Schaltelements D2 drehfest festsetzbar. Die dritte Welle WV3 wird durch den gemeinsamen Steg des Ravigneaux-Radsatzes gebildet, welcher mit dem Stirnrad ST2V ständig drehfest verbunden, und durch Schließen des ersten Schaltelements C2 drehfest festsetzbar ist. Die vierte Welle WV4 wird durch das große Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes gebildet, welches durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar, und durch Schließen des siebenten Schaltelements F drehfest festsetzbar ist.
5 zeigt ein Getriebe G gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich der Aufbau des Hauptradsatzes HRS und die Anbindung der elektrischen Maschine EM unterscheiden das Getriebe G gemäß 5 vom Getriebe G gemäß 4. Der Rotor der elektrischen Maschine EM ist nun über eine zusätzliche Stirnradstufe STE mit der Antriebswelle GW1 verbunden, sodass die elektrische Maschine EM nun achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Die zusätzliche Stirnradstufe STE umfasst dabei ein Zwischenrad. Der Hauptradsatz HRS weist zwei je als Minus-Radsatz ausgebildete Einzel-Planetenradsätze PH21, PH22 auf, deren Sonnenradwellen miteinander verbunden sind. Zudem besteht eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Steg des Planetenradsatzes PH21 und einem Hohlrad des Planetenradsatzes PH22. Die in Drehzahlordnung erste Welle W1 ist einem Hohlrad des Planetenradsatzes PH21 zugeordnet. Die in Drehzahlordnung zweite Welle W2 ist der Steg-Hohlrad-Koppelung zugeordnet. Die in Drehzahlordnung dritte Welle W3 ist einem Steg des Planetenradsatzes PH22 zugeordnet. Die in Drehzahlordnung vierte Welle W4 ist der Sonnenrad-Koppelung zugeordnet.
6 zeigt ein Getriebe G gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen den in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich der Aufbau des Hauptradsatzes HRS unterscheidet das Getriebe G gemäß 6 vom Getriebe G gemäß 4. Der Hauptradsatz HRS ist nun wie der Vorschaltradsatz als ein Ravigneaux-Radsatz ausgebildet. Die in Drehzahlordnung erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist dem großen Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes zugeordnet. Die in Drehzahlordnung zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS ist dem gemeinsamen Steg des Ravigneaux-Radsatzes zugeordnet. Die in Drehzahlordnung dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist dem gemeinsamen Hohlrad des Ravigneaux-Radsatzes zugeordnet. Die in Drehzahlordnung vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist dem kleinen Sonnenrad des Ravigneaux-Radsatzes zugeordnet.
7 zeigt die Drehzahlpläne für Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS der Getriebe G gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel. Im Drehzahlplan des Hauptradsatzes HRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS aufgetragen. Im Drehzahlplan des Vorschaltradsatzes VRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der Vorschaltradsatzwellen WV1 bis WV4 aufgetragen, wobei die Drehzahl n = 1 die Antriebswellendrehzahl charakterisiert. Zwischen den Drehzahlplänen ist die über die Stirnradstufen ST1, ST2 verlaufende Wirkverbindung zwischen Antriebswelle GW1, bzw. Vorschaltradsatz VRS und dem Hauptradsatz HRS angedeutet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Drehzahlen der Vorschaltradsatzwellen WV1 bis WV4 und der Hauptradsatzwellen W1 bis W4 in die gleiche Richtung aufgetragen. Tatsächlich erfolgt natürlich eine Drehrichtungsumkehr aufgrund der Stirnradstufen ST1, ST2.
Durch die in 7 dargestellten Drehzahlpläne wird die Funktionsweise des Vorschaltradsatzes VRS und seine Wirkung auf die in Drehzahlordnung erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS deutlich. Das Schließen des zweiten Schaltelements B2 bewirkt eine übersetzungsfreie Übertragung von Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle GW1 an das Stirnrad ST2V der zweiten Stirnradstufe ST2. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des dritten Schaltelements D2 wird dem Stirnrad ST2V eine Drehzahl vorgegeben, deren Drehrichtung sich von der Antriebswellendrehrichtung unterscheidet. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des ersten Schaltelements C2 werden die Stirnräder ST2V, ST2H der zweiten Stirnradstufe ST2 drehfest festgesetzt, und damit auch die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS. Für diese Wirkung ist es unerheblich, ob das erste Schaltelement C2 auf das Stirnrad ST2V oder das Stirnrad ST2H wirkt. Das erste Schaltelement C2 könnte daher abweichend von der Darstellung in 4 bis 6 koaxial zum Hauptradsatz HRS angeordnet sein, beispielsweise axial neben dem sechsten Schaltelement L2. Durch Schließen des siebenten Schaltelements F wird dem Stirnrad ST2V eine im Vergleich zur Antriebswellendrehzahl verringerte Drehzahl gleicher Drehrichtung vorgegeben. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen.
8 zeigt ein Schaltschema für die Getriebe G gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschema sind elf Gangstufen 11 bis 111 sowie zwei zusätzliche Gangstufe R11, R12 aufgelistet. Zudem ist eine Neutralstufe N angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist der Zustand der Schaltelemente C, B, D, H, M, L, F angegeben, wobei ein Kreis den geschlossenen Zustand kennzeichnet. Die letzten beiden Spalten zeigen beispielhafte Übersetzungsverhältnisse i der Gangstufen 11 bis 111, R11, R12 sowie die Gangsprünge zwischen den Gangstufen 11 bis 111, R11, R12. Das Vorzeichen der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse i berücksichtigt dabei die Drehrichtungsumkehr durch die Stirnradstufen ST1, ST2 nicht.
9 zeigt ein Getriebe G gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen den in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Antriebswelle GW1 ist nun nicht mehr mit der in Drehzahlordnung ersten Welle WV11 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden, sondern durch Schließen des zweiten Schaltelements B3 mit dieser verbindbar. Durch Schließen des ersten Schaltelements C3 ist die Welle WV11 drehfest festsetzbar. Durch Schließen eines zusätzlichen Schaltelements A ist die Antriebswelle GW1 mit der Welle WV14 verbindbar.
10 zeigt die Drehzahlpläne für Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS des Getriebe G gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Im Drehzahlplan des Hauptradsatzes HRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS aufgetragen. Im Drehzahlplan des Vorschaltradsatzes VRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der Vorschaltradsatzwellen WV11 bis WV14 aufgetragen, wobei die Drehzahl n = 1 die Antriebswellendrehzahl charakterisiert. Zwischen den Drehzahlplänen ist die über die Stirnradstufen ST1, ST2 verlaufende Wirkverbindung zwischen Antriebswelle GW1, bzw. Vorschaltradsatz VRS und dem Hauptradsatz HRS angedeutet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind die Drehzahlen der Vorschaltradsatzwellen WV11 bis WV14 und der Hauptradsatzwellen W1 bis W4 in die gleiche Richtung aufgetragen. Tatsächlich erfolgt natürlich eine Drehrichtungsumkehr aufgrund der Stirnradstufen ST1, ST2.
Durch die in 10 dargestellten Drehzahlpläne wird die Funktionsweise des Vorschaltradsatzes VRS und seine Wirkung auf die in Drehzahlordnung erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS deutlich. Das Schließen des zweiten Schaltelements B3 zusammen mit dem zusätzlichen Schaltelement A bewirkt eine übersetzungsfreie Übertragung von Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle GW1 an das Stirnrad ST2V der zweiten Stirnradstufe ST2. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des dritten Schaltelements D3 zusammen mit dem zweiten Schaltelement B3 wird dem Stirnrad ST2V eine Drehzahl vorgegeben, deren Drehrichtung sich von der Antriebswellendrehrichtung unterscheidet. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des ersten Schaltelements C3 zusammen mit dem dritten Schaltelement D3 werden die Stirnräder ST2V, ST2H der zweiten Stirnradstufe ST2 drehfest festgesetzt, und damit auch die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS. Durch Schließen des ersten Schaltelements C3 zusammen mit dem zusätzlichen Schaltelement A wird dem Stirnrad ST2V eine im Vergleich zur Antriebswellendrehzahl verringerte Drehzahl gleicher Drehrichtung vorgegeben. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen. Durch Schließen des dritten Schaltelements D3 zusammen mit dem zusätzlichen Schaltelement A wird dem Stirnrad ST2V eine im Vergleich zur Antriebswellendrehzahl weiter verringerte Drehzahl gleicher Drehrichtung vorgegeben. Diese Drehzahl wird über die zweite Stirnradstufe ST2 übersetzt an die erste Welle W1 übertragen.
11 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. In den Zeilen des Schaltschema sind dreizehn Gangstufen 21 bis 213 sowie zwei zusätzliche Gangstufe R21, R22 aufgelistet. Zudem ist eine Neutralstufe N angegeben. In den Spalten des Schaltschemas ist der Zustand der Schaltelemente C3, B3, D3, H3, M3, L3, A angegeben, wobei ein Kreis den geschlossenen Zustand kennzeichnet. Die letzten beiden Spalten zeigen beispielhafte Übersetzungsverhältnisse i der Gangstufen 21 bis 213, R21, R22 sowie die Gangsprünge zwischen den Gangstufen 21 bis 213, R21, R22. Das Vorzeichen der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse i berücksichtigt dabei die Drehrichtungsumkehr durch die Stirnradstufen ST1, ST2 nicht.
In 5 sind beide Schnitthälften des Vorschaltradsatzes VRS und des Hauptradsatzes HRS dargestellt, während in den Darstellungen in 1, 4, 6 und 9 nur eine Schnitthälfte dargestellt ist. Diese reduzierte Darstellung dient der besseren Übersichtlichkeit, während die Darstellung in 5 die Achsabstände zwischen elektrischer Maschine EM, Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS verdeutlichen soll. Die in 5 gewählte Darstellung mit elektrischer Maschine EM, Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS in einer gemeinsamen Schnittebene ist dabei nur beispielhaft anzusehen. Tatsächlich ist die räumliche Anordnung der elektrischen Maschine EM, dem Vorschaltradsatz VRS und dem Hauptradsatz HRS bevorzugt so gewählt, dass keine gemeinsame Schnittebene möglich ist. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau des Getriebes G möglich.
12 zeigt schematisch den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Ein Verbrennungsmotor VM ist mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Die Abtriebswelle GW2 kämmt über eine Verzahnung mit einem Tellerrad eines Differentialgetriebe AG, über welches die Abtriebswellenleistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Das in 12 dargestellte Getriebe G entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der Ausführungsbeispiele, mit oder ohne elektrische Maschine EM aufgebaut sein. In der Wirkverbindung zwischen Abtriebswelle GW2 und Tellerrad des Differentialgetriebes AG kann eine weitere Stirnradstufe zwischengeschaltet sein.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GW1: Antriebswelle
GW2: Abtriebswelle
VRS: Vorschaltradsatz
P1: Planetenradsatz
E1: Erstes Element des Planetenradsatzes
E2: Zweites Element des Planetenradsatzes
E3: Drittes Element des Planetenradsatzes
WV1: Erste Welle des Vorschaltradsatzes
WV2: Zweite Welle des Vorschaltradsatzes
WV3: Dritte Welle des Vorschaltradsatzes
WV4: Vierte Welle des Vorschaltradsatzes
HRS: Hauptradsatz
W1: Erste Welle des Hauptradsatzes
W2: Zweite Welle des Hauptradsatzes
W3: Dritte Welle des Hauptradsatzes
W4: Vierte Welle des Hauptradsatzes
PH1: Erster Planetenradsatz
PH2: Zweiter Planetenradsatz
ST1: Erste Stirnradstufe
ST1V: Erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe
ST1H: Zweite Stirnrad der ersten Stirnradstufe
ST2: Zweite Stirnradstufe
ST2V: Erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
ST2H: Zweite Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
C, C2, C3: Erstes Schaltelement
B, B2, B3: Zweites Schaltelement
D, D2, D3,: Drittes Schaltelement
H, H2, H3: Viertes Schaltelement
M, M2, M3: Fünftes Schaltelement
L, L2, L3: Sechstes Schaltelement
F: Siebentes Schaltelement
A: Zusätzliches Schaltelement
1 bis 9: Gangstufen
11 bis 111: Gangstufen
21 bis 213: Gangstufen
R1, R12: Gangstufen
R21, R22: Gangstufen
N: Neutralstufe
i: Übersetzung
n: Drehzahl
AN: Anschlusswelle
K0: Trennkupplung
TS: Torsionsschwingungsdämpfer
EM: Elektrische Maschine
STE: Zusätzliche Stirnradstufe
AG: Differentialgetriebe
VM: Verbrennungsmotor
DW: Antriebsrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10115985 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Vorschaltradsatz (VRS), einen achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordneten Hauptradsatz (HRS), eine erste und zweite Stirnradstufe (ST1, ST2) mit je einem ersten Stirnrad und zweiten Stirnrad (ST1V, ST1H; ST2V, ST2H), welche miteinander kämmen, sowie eine Mehrzahl von Schaltelementen (C, B, D, H, M, L; C2, B2, D2, H2, M2, L2, F; C3, B3, D3, H3, M3, L3, A) aufweist, - wobei die Antriebswelle (GW1) mit dem ersten Stirnrad (ST1V) der ersten Stirnradstufe (ST1) ständig drehfest verbunden ist, - wobei durch Schließen zumindest eines ersten der Schaltelemente (C; C2; C3, D3) die zweite Stirnradstufe (ST2) drehfest festsetzbar ist, - wobei durch Schließen zumindest eines zweiten der Schaltelemente (B; B2; B3, A3) Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle (GW1) an das erste Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) übertragbar ist, - wobei der Vorschaltradsatz (VRS) dazu eingerichtet ist, durch Schließen zumindest eines dritten der Schaltelemente (D; D2; D3, B3) dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) eine Drehzahl vorzugeben, deren Drehrichtung sich von der Drehrichtung der Antriebswelle (GW1) unterscheidet, - wobei der Hauptradsatz (HRS) genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, deren in Drehzahlordnung dritte Welle (W3) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden ist, - wobei durch Schließen eines vierten der Schaltelemente (H; H2; H3) das zweite Stirnrad (ST1H) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der in Drehzahlordnung zweiten Welle (W2) verbindbar ist, - wobei durch Schließen eines fünften der Schaltelemente (M; M2; M3) das zweite Stirnrad (ST1H) der ersten Stirnradstufe (ST1) mit der in Drehzahlordnung vierten Welle (W4) verbindbar ist, - wobei durch Schließen eines sechsten der Schaltelemente (L; L2; L3) die in Drehzahlordnung zweite Welle (W2) drehfest festsetzbar ist, - wobei das zweite Stirnrad (ST2H) der zweiten Stirnradstufe (ST2) mit der in Drehzahlordnung ersten Welle (W1) ständig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis der zweiten Stirnradstufe (ST2) kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis der ersten Stirnradstufe (ST1).
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) einen einzigen Planetenradsatz (P1) mit einem ersten, zweiten und dritten Element (E1, E2, E3) umfasst, - wobei das erste Element (E1) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, - wobei das zweite Element (E2) durch Schließen des dritten Schaltelements (D) drehfest festsetzbar ist, und - wobei das dritte Element (E3) mit dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) ständig verbunden ist, und - wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) zwei der drei Elemente (E1, E2, E3) miteinander verbindbar sind.
Getriebe (G) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E1) ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1) ist, wobei, wobei das zweite Element (E2) im Falle einer Ausbildung als Minus-Radsatz durch einen Steg und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes (P1) gebildet ist, wobei das dritte Element (E3) im Falle einer Ausbildung als Minus-Radsatz durch das Hohlrad und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch den Steg des Planetenradsatzes (P1) gebildet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen (WV1, WV2, WV3, WV4) aufweist, - wobei die in Drehzahlordnung erste Welle (WV1) des Vorschaltradsatzes (VRS) mit der Antriebswelle (GW1) ständig verbunden ist, - wobei die in Drehzahlordnung zweite Welle (WV2) des Vorschaltradsatzes (VRS) durch Schließen des dritten Schaltelements (D2) drehfest festsetzbar ist, - wobei die in Drehzahlordnung dritte Welle (WV3) des Vorschaltradsatzes (VRS) ständig drehfest mit dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) verbunden ist, und - wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) zwei der vier Wellen (WV1, WV2, WV3, WV4) des Vorschaltradsatzes (VRS) miteinander verbindbar sind.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der Schaltelemente (C, B, D, H, M, L; C2, B2, D2, H2, M2, L2) neun Gangstufen (1 bis 9) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, wobei sich - eine erste Gangstufe (1; 11) durch Schließen des dritten und sechsten Schaltelements (D, L; D2, L2), - eine zweite Gangstufe (2; 12) durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (M, L; M2, L2), - eine dritte Gangstufe (3; 13) durch Schließen des dritten und fünften Schaltelements (D, M; D2, M2), - eine vierte Gangstufe (4; 14) durch Schließen des ersten und fünften Schaltelements (C, M; C2, M2), - eine fünfte Gangstufe (5; 16) durch Schließen des zweiten und fünften Schaltelements (B, M; B2, M2), - eine sechste Gangstufe (6; 17) durch Schließen des vierten und fünften Schaltelements (H, M; H2, M2), - eine siebente Gangstufe (7; 18) durch Schließen des zweiten und vierten Schaltelements (B, H; B2, H2), - eine achte Gangstufe (8; 110) durch Schließen des ersten und vierten Schaltelements (C, H; C2, H2), und - eine neunte Gangstufe (9; 111) sich durch Schließen des dritten und vierten Schaltelements (D, H; D2, H2) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) ein siebentes Schaltelement (F) aufweist, wobei mittels des Vorschaltradsatzes (VRS) durch Schließen des siebenten Schaltelements (F) dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1) verringerte Drehzahl gleicher Drehrichtung vorgebbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 6 unter Rückbezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des siebenten Schaltelements (F) die in Drehzahlordnung vierte Welle (WV4) des Vorschaltradsatzes (VRS) drehfest festsetzbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der Schaltelemente (C2, B2, D2, H2, M2, L2, F) elf Gangstufen (11 bis 111) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, wobei sich - eine erste Gangstufe (11) durch Schließen des dritten und sechsten Schaltelements (D2, L2), - eine zweite Gangstufe (12) durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (M2, L2), - eine dritte Gangstufe (13) durch Schließen des dritten und fünften Schaltelements (D2, M2), - eine vierte Gangstufe (14) durch Schließen des ersten und fünften Schaltelements (C2, M2), - eine fünfte Gangstufe (15) durch Schließen des fünften und siebenten Schaltelements (M2, F), - eine sechste Gangstufe (16) durch Schließen des zweiten und fünften Schaltelements (B2, M2), - eine siebente Gangstufe (17) durch Schließen des vierten und fünften Schaltelements (H2, M2), - eine achte Gangstufe (18) durch Schließen des zweiten und vierten Schaltelements (B2, H2), - eine neunte Gangstufe (19) durch Schließen des vierten und siebenten Schaltelements (H2, F), - eine zehnte Gangstufe (110) durch Schließen des ersten und vierten Schaltelements (C2, H2), und - eine elfte Gangstufe (111) sich durch Schließen des dritten und vierten Schaltelements (D2, H2) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 5 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements (B, L; B2, L2) eine Gangstufe (R1, R12) mit im Vergleich zur ersten Gangstufe (1, 11) veränderter Drehrichtung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) genau vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen (WV11, WV12, WV13, WV14) aufweist, - wobei die in Drehzahlordnung erste Welle (WV11 ) durch Schließen des ersten Schaltelements (C3) drehfest festsetzbar, und durch Schließen des zweiten Schaltelements (B3) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist, - wobei die in Drehzahlordnung zweite Welle (WV12) des Vorschaltradsatzes (VRS) durch Schließen des dritten Schaltelements (D3) drehfest festsetzbar ist, - wobei die in Drehzahlordnung dritte Welle (WV13) des Vorschaltradsatzes (VRS) mit dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) ständig drehfest verbunden ist, und - wobei die in Drehzahlordnung vierte Welle (WV14) des Vorschaltradsatzes (VRS) durch Schließen eines zusätzlichen Schaltelements (A) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die zweite Stirnradstufe (ST2) durch Schließen des ersten und dritten Schaltelements (C3, D3) drehfest festsetzbar ist, - wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B3) und des zusätzlichen Schaltelements (A) Drehzahl und Drehrichtung der Antriebswelle (GW1) an das erste Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) übertragbar ist, und - wobei durch Schließen des dritten und zweiten Schaltelements (D3, B3) dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) eine Drehzahl vorgebbar ist, deren Drehrichtung sich von der Drehrichtung der Antriebswelle (GW1) unterscheidet.
Getriebe (G) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Schließen der Schaltelemente (C3, B3, D3, H3, M3, L3, A) dreizehn Gangstufen (21 bis 213) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, wobei sich - eine erste Gangstufe (21) durch Schließen des zweiten, dritten und sechsten Schaltelements (B3, D3, L3), - eine zweite Gangstufe (22) zumindest durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (M3, L3), - eine dritte Gangstufe (23) durch Schließen des zweiten, dritten und fünften Schaltelements (B3, D3, M3), - eine vierte Gangstufe (24) durch Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelements (C3, D3, M3), - eine fünfte Gangstufe (25) durch Schließen des dritten, des fünften und des zusätzlichen Schaltelements (D3, M3, A), - eine sechste Gangstufe (26) durch Schließen des ersten, des fünften und des zusätzlichen Schaltelements (C3, M3, A), - eine siebente Gangstufe (27) durch Schließen des zweiten, des fünften und des zusätzlichen Schaltelements (B3, M3, A), - eine achte Gangstufe (28) zumindest durch Schließen des vierten und fünften Schaltelements (H3, M3), - eine neunte Gangstufe (29) durch Schließen des zweiten, des vierten und des zusätzlichen Schaltelements (B3, H3, A), - eine zehnte Gangstufe (210) durch Schließen des ersten, des vierten und des zusätzlichen Schaltelements (C3, H3, A), - eine elfte Gangstufe (211) durch Schließen des dritten, des vierten und des zusätzlichen Schaltelements (D3, H3, A) - eine zwölfte Gangstufe (212) durch Schließen des ersten, dritten und vierten Schaltelements (C3, D3, H3), und - eine dreizehnte Gangstufe (213) sich durch Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelements (B3, D3, H3) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gangstufe (R21, R22) mit im Vergleich zur ersten Gangstufe (21) veränderter Drehrichtung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) durch Schließen der folgenden Schaltelemente darstellbar ist: - (R22:) zweites Schaltelement (B3), zusätzliches Schaltelement (A), sechstes Schaltelement (L3), oder - (R21): drittes Schaltelement (D3), zusätzliches Schaltelement (A), sechstes Schaltelement (L3).
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) bei Rückbezug auf einen der Ansprüche 4 bis 13 und/oder der Hauptradsatz (HRS) entweder - als Ravigneaux-Radsatz aufgebaut ist, - oder einen ersten und zweiten, jeweils als Minus-Radsatz ausgebildeten Einzel-Planetenradsatz (PH1, PH2) umfasst, deren Stegwellen miteinander verbunden sind, wobei eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (PH1) und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PH2) besteht, - oder einen ersten und zweiten, jeweils als Minus-Radsatz ausgebildeten Einzel-Planetenradsatz (PH21, PH22) umfasst, deren Sonnenradwellen miteinander verbunden sind, wobei eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Steg des ersten Planetenradsatzes (PH21) und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PH22) besteht, - oder einen ersten und zweiten, jeweils als Minus-Radsatz ausgebildeten Einzel-Planetenradsatz umfasst, wobei der Steg des ersten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden ist, und wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes ständig verbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) umfasst oder mit einer solchen verbunden ist, deren Rotor mit der Antriebswelle (GW1) ständig oder schaltbar verbunden ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.