DE102017200802A1

DE102017200802A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017200802A1
Application number: DE102017200802.4A
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 (ST1, ST2) sowie sechs Schaltelemente (A, B, C, D, L, H) aufweist, wobei durch selektives Schließen der Schaltelemente (A, B, C, D, L, H) neun Gangstufen (1 bis 9) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, 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 2014 211 209 A1 zeigt ein mehrstufiges Getriebe mit insgesamt vier Planetenradsätzen, zwei Stirnradstufen und sechs Schaltelementen zur Erzeugung von neun Vorwärtsgangübersetzungen, wobei in jedem Vorwärtsgang drei der sechs Schaltelemente geschlossen sind. Zwei der Planetenradsätze drehen um eine Eingangsachse, während die anderen beiden Planetenradsätze um eine andere Achse drehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Getriebe anzugeben, welches mit verringertem Bauaufwand ebenso zur Darstellung von neun Vorwärtsgängen eingerichtet 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 Abtriebswelle, einen koaxial zur Antriebswelle angeordneten Vorschaltradsatz, einen achsparallel zur Antriebswelle angeordneten Hauptradsatz, eine erste und zweite Stirnradstufe sowie sechs Schaltelemente. Die erste und zweite Stirnradstufe weisen je ein erstes und zweites Stirnrad auf, welche miteinander kämmen.
Der Vorschaltradsatz weist vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen auf. Diese sind in den gegenständlichen Unterlagen 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 Vorschaltradsatz zeichnet sich somit in erster Linie durch seine Kinematik aus, und nicht durch dessen Aufbau. Die in Drehzahlordnung dritte Welle des Vorschaltradsatzes ist mit dem ersten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ständig verbunden.
Durch Schließen des ersten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der in Drehzahlordnung vierten Welle des Vorschaltradsatzes verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist die Antriebswelle mit der in Drehzahlordnung ersten Welle des Vorschaltradsatzes verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist die in Drehzahlordnung erste Welle des Vorschaltradsatzes drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements ist die in Drehzahlordnung zweite Welle des Vorschaltradsatzes drehfest festsetzbar.
Erfindungsgemäß umfasst der Hauptradsatz genau einen Planetenradsatz. Ein erstes Element des Planetenradsatzes ist mit dem zweiten Stirnrad der zweiten Stirnradstufe ständig verbunden. Ein zweites Element des Planetenradsatzes ist mit dem zweiten Stirnrad der ersten Stirnradstufe entweder ständig verbunden oder über das sechste Schaltelement schaltbar verbunden. Ein drittes Element des Planetenradsatzes ist mit der Abtriebswelle ständig verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements sind zwei der drei Elemente des Planetenradsatzes miteinander verbindbar. Durch Schließen des sechsten Schaltelements ist die Antriebswelle mit dem zweiten Element des Planetenradsatzes derart verbindbar, dass die über das sechste Schaltelement herstellbare Wirkverbindung über die erste Stirnradstufe führt.
Im Unterschied zum eingangs genannten Stand der Technik weist das erfindungsgemäße Getriebe einen Hauptradsatz mit nur einem Planetenradsatz auf. Dadurch kann der Bauaufwand des Getriebes entsprechend verringert werden.
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 durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz aufgebaut, so wird das zweite Element durch dessen Steg gebildet, und das dritte Element durch dessen Hohlrad. Ist der Planetenradsatz hingegen als ein Plus-Radsatz aufgebaut, so wird das zweite Element durch dessen Hohlrad, und das dritte Element durch dessen Steg gebildet.
Durch selektives Schließen der sechs Schaltelemente sind neun Gangstufen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle darstellbar. Eine erste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelements. Eine zweite Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelements. Eine dritte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelements. Eine vierte Gangstufe ergibt sich durch Schließen von zumindest des fünften und sechsten Schaltelements. Vorzugsweise ist in der vierten Gangstufe zusätzlich das erste Schaltelement geschlossen. Eine fünfte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelements. Eine sechste Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelements. Eine siebente Gangstufe ergibt sich durch Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelements. Eine achte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des dritten, vierten und sechsten Schaltelements. Eine neunte Gangstufe ergibt sich durch Schließen des zweiten, vierten und sechsten Schaltelements.
Eine Gangstufe mit im Vergleich zur ersten Gangstufe veränderter Drehrichtung der Abtriebswelle kann durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelements erreicht werden. Eine derartige Gangstufe ist im Kraftfahrzeug zur Bereitstellung eines Rückwärtsganges geeignet.
Vorzugsweise umfasst der Vorschaltradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz, welche je als ein Minus-Radsatz aufgebaut sind. Der Steg des ersten Planetenradsatzes ist dabei mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes, und das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ständig drehfest verbunden. Durch diese zweifache Koppelung der beiden Planetenradsätze weisen diese zusammen vier Wellen in Drehzahlordnung auf. Vorzugsweise ist das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes am Innendurchmesser des Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes ausgebildet. Dadurch kann das Getriebe in axialer Richtung besonders kompakt gestaltet werden.
Bei einer derartigen Ausgestaltung des Vorschaltradsatzes ergibt sich folgende Zuordnung der Radsatzelemente zu den Vorschaltradsatzwellen: die in Drehzahlordnung erste Welle ist einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes, die in Drehzahlordnung zweite Welle ist einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes, die in Drehzahlordnung dritte Welle ist den miteinander verbundenen Stegwellen der Planetenradsätze, und die in Drehzahlordnung vierte Welle ist dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem damit verbundenen Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes zugeordnet.
Vorzugsweise sind das fünfte und sechste Schaltelement koaxial zum Hauptradsatz angeordnet. Dadurch kann das Getriebe in axialer Richtung besonders kompakt gestaltet werden. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist von den sechs Schaltelementen nur das fünfte Schaltelement koaxial zum Hauptradsatz angeordnet.
Vorzugsweise 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. Die elektrische Maschine kann auch separat vom Getriebe ausgebildet, und mit diesem über eine geeignete Schnittstelle verbunden sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die elektrische Maschine achsparallel zur Antriebswelle angeordnet, wobei der Rotor der elektrischen Maschine über einen ein- oder mehrstufigen Stirnradtrieb oder über einen Kettentrieb mit der Antriebswelle ständig oder schaltbar verbunden ist.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine Anschlusswelle, welche eine drehmomentübertragende Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit aufweist, beispielsweise zu einem Verbrennungsmotor. Die Anschlusswelle ist durch Schließen einer Trennkupplung mit der Antriebswelle verbindbar. Die Anschlusswelle weist bevorzugt zwei Abschnitte auf, welche durch zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfer miteinander verbunden sind.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang weist neben dem Getriebe auch einen Verbrennungsmotor auf, welche über den getriebe-internen oder einen getriebe-externen 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 und 2 je eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einem ersten, bzw. zweiten Ausführungsbeispiel;
3 einen Drehzahlplan des Getriebes;
4 ein Schaltschema des Getriebes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ein Schaltschema des Getriebes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
6 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 A B, C, D, L, H auf.
Der Vorschaltradsatz VRS umfasst einen ersten Planetenradsatz PV1 und einen radial innerhalb des ersten Planetenradsatzes PV1 angeordneten zweiten Planetenradsatz PV2, welche je als ein Minus-Radsatz ausgebildet sind. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes PV2 ist am Innendurchmesser eines Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes PV1 ausgebildet. Die Stegwellen der beiden Planetenradsätze PV1, PV2 sind miteinander verbunden. Derart weisen die beiden Planetenradsätze PV1, PV2 insgesamt vier Wellen auf, welche in der Reihenfolge ihrer Drehzahlordnung als erste Welle W1, zweite Welle W2, dritte Welle W3 und vierte Welle W4 bezeichnet sind. Die erste Welle W1 ist einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes PV2 zugeordnet. Die zweite Welle W2 ist einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes PV1 zugeordnet. Die dritte Welle W3 ist den miteinander verbundenen Stegwellen der Planetenradsätze PV1, PV2 zugeordnet, und ist mit einem Stirnrad ST2V der zweiten Stirnradstufe ST2 verbunden. Die vierte Welle W4 ist dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes PV1 und dem damit verbundenen Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes PV2 zugeordnet. Erster und zweiter Planetenradsatz PV1, PV2 sind koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet.
Der Hauptradsatz HRS ist achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet und weist einen einzigen Planetenradsatz P auf, welcher als ein Minus-Radsatz ausgebildet ist. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes P bildet ein erstes Element 1H desselben, und ist mit einem Stirnrad ST2H der zweiten Stirnradstufe ST2 ständig verbunden. Der Steg des Planetenradsatzes P bildet ein zweites Element 2H desselben, und ist mit einem Stirnrad ST1H der ersten Stirnradstufe ST1 ständig verbunden. Das Hohlrad des Planetenradsatzes P bildet ein drittes Element 3H desselben, und ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden.
Die Schaltelemente A, B, C, D, L, H sind schematisch als kraftschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Einzelne oder sämtliche Schaltelemente können alternativ als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Durch Schließen des ersten Schaltelements A ist die Antriebswelle GW1 mit der vierten Welle W4 verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B ist die Antriebswelle GW1 mit der ersten Welle W1 verbindbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements C ist die erste Welle W1 gegenüber einem Gehäuse GG des Getriebes G drehfest festsetzbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements D ist die zweite Welle W2 in gleicher Weise drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements L ist das erste Element 1H mit dem dritten Element 3H verbindbar. Durch Schließen des sechsten Schaltelements H ist die Antriebswelle GW1 mit einem Stirnrad ST1V der ersten Stirnradstufe ST1 verbindbar. Die Schaltelemente A, B, C, D, H sind koaxial zum Vorschaltradsatz VRS angeordnet. Das Schaltelement L ist koaxial zum Hauptradsatz HRS angeordnet.
Die beiden Stirnräder ST1V, ST1H der ersten Stirnradstufe ST1 kämmen miteinander, und schaffen dadurch eine Wirkverbindung zwischen den achsparallel zueinander angeordneten Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS. Die beiden Stirnräder ST2V, ST2H der zweiten Stirnradstufe ST2 kämmen ebenso miteinander, und schaffen dadurch ebenso eine Wirkverbindung zwischen den achsparallel zueinander angeordneten Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS.
Das Getriebe G kann optional eine elektrische Maschine EM aufweisen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die elektrische Maschine EM koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine EM mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden ist. Radial innerhalb des Rotors R ist eine Trennkupplung K0 angeordnet, über welche die Antriebswelle GW1 mit einer Anschlusswelle AN verbindbar ist. Die Anschlusswelle AN bildet eine drehmomentübertragende Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit, beispielsweise einem Verbrennungsmotor. Die Anschlusswelle AN weist zwei Abschnitte auf, welche durch einen Torsionsschwingungsdämpfer 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. Dabei kann eine Überbrückungskupplung zwischen Anschlusswelle AN und Antriebswelle GW1 vorgesehen sein. Dies gilt für sämtliche Ausführungsbeispiele.
2 zeigt ein Getriebe G gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches im Wesentlichen dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Planetenradsatz P des Hauptradsatzes HRS ist nun als Plus-Radsatz ausgebildet, sodass die Abtriebswelle GW2 mit dem Steg des Planetenradsatzes P ständig verbunden ist. Der Steg bildet demnach das dritte Element 3H des Planetenradsatzes P, und das Hohlrad das zweite Element 2H des Planetenradsatzes P.
Die Antriebswelle GW1 ist nun ständig mit dem Stirnrad ST1V der ersten Stirnradstufe ST1 verbunden, wobei das sechste Schaltelement H nun koaxial zum Hauptradsatz HRS angeordnet ist. Durch Schließen des sechsten Schaltelements H wird das Stirnrad ST1H der ersten Stirnradstufe ST1 mit dem zweiten Element 2H verbunden.
Die optionale elektrische Maschine EM ist nun nicht mehr koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet, sondern achsparallel dazu. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle GW1 erfolgt über einen mehrstufigen Stirnradtrieb STE.
In 2 sind beide Schnitthälften des Vorschaltradsatzes VRS und des Hauptradsatzes HRS dargestellt, während in der Darstellung in 1 nur eine Schnitthälfte dargestellt ist. Diese reduzierte Darstellung dient der besseren Übersichtlichkeit, während die Darstellung in 2 die Achsabstände zwischen elektrischer Maschine EM, Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS verdeutlichen soll. Die in 2 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.
3 zeigt die Drehzahlpläne für Vorschaltradsatz VRS und Hauptradsatz HRS des Getriebes G. Die Darstellung ist für beide Ausführungsbeispiele anwendbar. Im Drehzahlplan des Vorschaltradsatzes VRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Vorschaltradsatzes VRS aufgetragen. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1, W2, W3, W4 ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze PV1, PV2. Im Drehzahlplan des Hauptradsatzes HRS sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der Elemente 1H, 2H, 3H des Planetenradsatzes P aufgetragen. Die Drehzahl n = 1 charakterisiert die Antriebswellendrehzahl. 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 1H, 2H, 3H und der Vorschaltradsatzwellen W1 bis W4 in die gleiche Richtung aufgetragen. Tatsächlich erfolgt natürlich eine Drehrichtungsumkehr aufgrund der Stirnradstufen ST1, ST2.
4 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 5 zeigt ein Schaltschema für das Getriebe G gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In den Zeilen der Schaltschemata sind neun Gangstufen 1 bis 9 sowie eine zusätzliche Gangstufe R aufgelistet. Zudem ist eine Neutralstufe N angegeben. In den Spalten der Schaltschemata ist der Zustand der Schaltelemente A, B, C, D, L, H angegeben, wobei ein Kreis den geschlossenen Zustand kennzeichnet. Die letzten beiden Spalten zeigen beispielhafte Übersetzungsverhältnisse der Gangstufen 1 bis 9, R sowie die Gangsprünge zwischen den Gangstufen 1 bis 9, R1. Das Vorzeichen der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse berücksichtigt dabei die Drehrichtungsumkehr durch die Stirnradstufen ST1, ST2 nicht.
6 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 Differentialgetriebes AG, über welches die Abtriebswellenleistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Das in 6 dargestellte Getriebe G entspricht dem zweiten 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
PV1: Erster Planetenradsatz
PV2: Zweiter Planetenradsatz
W1: Erste Welle des Vorschaltradsatzes
W2: Zweite Welle des Vorschaltradsatzes
W3: Dritte Welle des Vorschaltradsatzes
W4: Vierte Welle des Vorschaltradsatzes
HRS: Hauptradsatz
P: Planetenradsatz
1H: Erstes Element
2H: Zweites Element
3H: Drittes Element
ST1: Erste Stirnradstufe
ST1V: Erstes Stirnrad der ersten Stirnradstufe
ST1H: Zweites Stirnrad der ersten Stirnradstufe
ST2: Zweite Stirnradstufe
ST2V: Erstes Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
ST2H: Zweites Stirnrad der zweiten Stirnradstufe
A: Erstes Schaltelement
B: Zweites Schaltelement
C: Drittes Schaltelement
D: Viertes Schaltelement
L: Fünftes Schaltelement
H: Sechstes Schaltelement
1 bis 9: Gangstufen
R: Gangstufe
N: Neutralstufe
n: Drehzahl
AN: Anschlusswelle
K0: Trennkupplung
TS: Torsionsschwingungsdämpfer
EM: Elektrische Maschine
STE: Stirnradtrieb
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 102014211209 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 ein erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und sechstes Schaltelement (A, B, C, D, L, H) aufweist, - wobei der Vorschaltradsatz (VRS) vier in Drehzahlordnung gereihte Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, deren in Drehzahlordnung dritte Welle (W3) mit dem ersten Stirnrad (ST2V) der zweiten Stirnradstufe (ST2) ständig verbunden ist, - wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (A) die Antriebswelle (GW1) mit der in Drehzahlordnung vierten Welle (W4) verbindbar ist, - wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) die Antriebswelle (GW1) mit der in Drehzahlordnung ersten Welle (W1) verbindbar ist, - wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (C) die in Drehzahlordnung erste Welle (W1) drehfest festsetzbar ist, - wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (D) die in Drehzahlordnung zweite Welle (W2) drehfest festsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Hauptradsatz (HRS) genau einen Planetenradsatz (P) umfasst, wobei ein erstes Element (1H) des Planetenradsatzes (P) mit dem zweiten Stirnrad (ST2H) der zweiten Stirnradstufe (ST2) ständig verbunden ist, ein zweites Element (2H) des Planetenradsatzes (P) mit dem zweiten Stirnrad (ST1H) der ersten Stirnradstufe (ST1) ständig oder schaltbar verbunden ist, und ein drittes Element (3H) des Planetenradsatzes (P) mit der Abtriebswelle (GW2) ständig verbunden ist, - wobei durch Schließen des fünften Schaltelements (L) zwei der drei Elemente (1H, 2H, 3H) miteinander verbindbar sind, und - wobei durch Schließen des sechsten Schaltelements (H) die Antriebswelle (GW1) mit dem zweiten Element (2H) derart verbindbar ist, dass die über das sechste Schaltelement (H) herstellbare Wirkverbindung zwischen Antriebswelle (GW1) und zweitem Element (2H) über die erste Stirnradstufe (ST1) führt.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (1H) ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P) ist, wobei das zweite Element (2H) im Falle einer Ausbildung des Planetenradsatzes (P) als Minus-Radsatz durch dessen Steg und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch dessen Hohlrad gebildet ist, und wobei das dritte Element (3H) im Falle einer Ausbildung als Minus-Radsatz durch das Hohlrad und im Falle einer Ausbildung als Plus-Radsatz durch den Steg des Planetenradsatzes (P) gebildet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Schließen der Schaltelemente (A, B, C, D, L, H) neun Gangstufen (1 bis 9) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar sind, wobei sich - eine erste Gangstufe (1) durch Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelements (A, D, L), - eine zweite Gangstufe (2) durch Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelements (A, C, L), - eine dritte Gangstufe (3) durch Schließen des ersten, zweiten und fünften Schaltelements (A, B, L), - eine vierte Gangstufe (4) durch Schließen von zumindest des fünften und sechsten Schaltelements (L, H), - eine fünfte Gangstufe (5) durch Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelements (A, B, H), - eine sechste Gangstufe (6) durch Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelements (A, C, H), - eine siebente Gangstufe (7) durch Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelements (A, D, H), - eine achte Gangstufe (8) durch Schließen des dritten, vierten und sechsten Schaltelements (C, D, H), und - eine neunte Gangstufe (9) sich durch Schließen des zweiten, vierten und sechsten Schaltelements (B, D, H) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelements (B, D, L) eine Gangstufe (R) mit im Vergleich zur ersten Gangstufe (1) veränderter Drehrichtung zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) darstellbar ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltradsatz (VRS) einen ersten und zweiten, jeweils als Minus-Radsatz ausgebildeten Einzel-Planetenradsatz (PV1, PV2) umfasst, deren Stegwellen ständig verbunden sind, wobei eine ständig drehfeste Verbindung zwischen einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (PV1) und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PV2) besteht.
Getriebe (G) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PV2) am Innendurchmesser des Sonnenrades des ersten Planetenradsatzes (PV1) ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die in Drehzahlordnung erste Welle (W1) einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (PV2), - die in Drehzahlordnung zweite Welle (W2) einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (PV1), - die in Drehzahlordnung dritte Welle (W3) dem Steg des ersten und zweiten Planetenradsatzes (PV1, PV2), und - die in Drehzahlordnung vierte Welle (W4) dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (PV1) und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PV2) zugeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte und sechste Schaltelement (L, H) koaxial zum Hauptradsatz (HRS) angeordnet sind.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von den sechs Schaltelementen (A, B, C, D, L, H) nur das fünfte Schaltelement (L) koaxial zum Hauptradsatz (HRS) angeordnet 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.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) koaxial zur Antriebswelle (GW1) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) achsparallel zur Antriebswelle (GW1) angeordnet ist, wobei der Rotor über einen ein- oder mehrstufigen Stirnradtrieb (STE) oder über einen Kettentrieb mit der Antriebswelle (GW1) ständig oder schaltbar verbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine Anschlusswelle (AN) als drehmomentübertragende Schnittstelle zu einer getriebe-externen Antriebseinheit aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) durch Schließen einer Trennkupplung (K0) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusswelle (AN) zwei Abschnitte aufweist, welche durch zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) miteinander verbunden sind.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.