DE102017206803A1

DE102017206803A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017206803A1
Application number: DE102017206803.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Johannes GLÜCKLER; Michael Trübenbach; Kai Borntraeger; Peter Ziemer; Johannes Kaltenbach; Michael Wechs; Gerhard Niederbrucker; Jens Moraw
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-10-25
Also published as: US20200040968A1; CN110603391A; US10995826B2; CN110603391B; JP6971328B2; WO2018197127A1; JP2020517873A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) einen Getriebeeingang (GW1-A), einen Getriebeausgang (GW2-A), fünf Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4, P5) sowie sechs Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3, B3) aufweist, wobei durch selektives Betätigen der sechs Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3, B3) zehn Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge zwischen dem Getriebeeingang (GW1-A) und dem Getriebeausgang (GW2-A) schaltbar sind, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, sowie einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten und einen fünften Planetenradsatz, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang darstellbar sind.
Vorliegend bezeichnet ein Getriebe also ein mehrgängiges Getriebe, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang des Getriebes durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Derartige Getriebe kommen überwiegend in Kraftfahrzeugen zur Anwendung, um ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des jeweiligen Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen.
Aus der KR 20160072696 A geht ein Getriebe hervor, welches fünf Planetenradsätze umfasst, die sich jeweils aus mehreren Elementen in Form je eines Sonnenrades, je eines Planetensteges und je eines Hohlrades zusammensetzen. Zudem sind sechs Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Gänge zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang des Getriebes dargestellt werden können. Insgesamt können dabei zehn Vorwärtsgänge, sowie ein Rückwärtsgang zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang geschaltet werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe mit zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 15.
Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang, sowie einen ersten, einen zweiten, einen dritten, einen vierten und einen fünften Planetenradsatz. Dabei umfassen die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente und dienen dem Führen eines Kraftflusses vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang. Ferner sind sechs Schaltelemente vorgesehen, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze unter Schaltung unterschiedlicher Gänge zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang darstellbar sind.
Im Sinne der Erfindung ist der Getriebeeingang bevorzugt an einem Ende einer Antriebswelle ausgebildet, über welche eine Antriebsbewegung in das Getriebe eingeleitet wird. Der Getriebeausgang kann im Rahmen der Erfindung am Ende einer Abtriebswelle definiert sein, über welche die entsprechend des jeweils geschalteten Ganges übersetzte Antriebsbewegung aus dem Getriebe herausgeführt wird. Der Getriebeausgang kann aber auch durch die Verzahnung eines Zahnrades gebildet sein, an welchem die übersetzte Antriebsbewegung abgreifbar ist. Bevorzugt sind der Getriebeeingang und der Getriebeausgang axial an einander entgegengesetzt liegenden Enden des Getriebes vorgesehen.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes axial und/oder radial drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements herstellbar ist. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial mit dem Getriebeausgang verbunden wird.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Getriebeeingangsachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer auf der Getriebeeingangsachse liegenden Welle zu verstehen.
Die Planetenradsätze sind in axialer Richtung bevorzugt in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz, vierter Planetenradsatz und fünfter Planetenradsatz angeordnet. Prinzipiell könnte im Rahmen der Erfindung aber auch eine anderweitige Anordnung getroffen sein.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden sind und gemeinsam über das erste Schaltelement an einem drehfesten Bauelement festgesetzt werden können, an welchem auch das erste Element des vierten Planetenradsatzes mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist. Ferner ist der Getriebeeingang drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, dessen zweites Element drehfest mit dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Das zweite Element des vierten Planetenradsatzes ist dagegen drehfest mit dem Getriebeausgang verbunden und kann über das dritte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des fünften Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden, welches ferner mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbindbar ist. Des Weiteren steht das erste Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des fünften Planetenradsatzes in Verbindung, dessen erstes Element permanent an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist. Das dritte Element des dritten Planetenradsatzes kann über das fünfte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes verbunden werden. Schließlich besteht noch beim ersten Planetenradsatz eine erste Koppelung des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauelement, eine zweite Koppelung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem Getriebeeingang, sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes, wobei von diesen Koppelungen zwei Koppelungen als permanent drehfeste Verbindungen vorliegend, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des sechsten Schaltelements herstellbar ist.
Mit anderen Worten sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe also das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden, während auch zwischen dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes und dem dritten Element des vierten Planetenradsatzes eine permanente drehfeste Verbindung besteht. Ebenso sind das erste Element des dritten Planetenradsatzes und das dritte Element des fünften Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden, wohingegen das erste Element des fünften Planetenradsatzes permanent an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist. Der Getriebeeingang steht ferner permanent drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung, während das zweite Element des vierten Planetenradsatzes und der Getriebeausgang permanent drehfest miteinander verbunden sind.
Durch Betätigen des ersten Schaltelements werden das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes gemeinsam an einem drehfesten Bauelement festgesetzt, an welchem auch das erste Element des vierten Planetenradsatzes durch Schließen des zweiten Schaltelements stillgesetzt werden kann. Das drehfeste Bauelement des zweiten Schaltelements kann auch separat ausgeführt sein. Das Schließen des dritten Schaltelements hat eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements des fünften Planetenradsatzes mit dem zweiten Element des vierten Planetenradsatzes und damit auch dem Getriebeausgang zur Folge. Darüber hinaus kann das zweite Element des fünften Planetenradsatzes noch durch Betätigen des vierten Schaltelements drehfest mit dem ersten Element des vierten Planetenradsatzes verbunden werden. Das fünfte Schaltelement verbindet im geschlossenen Zustand das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des vierten Planetenradsatzes gemeinsam mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes.
Im Falle des ersten Planetenradsatzes gibt es bei dem erfindungsgemäßen Getriebe drei Koppelungen der Elemente des ersten Planetenradsatzes. So ist eine erste Koppelung in Form des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauelement vorhanden, während im Falle des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes eine zweite Koppelung zum Getriebeeingang besteht. Eine dritte Koppelung ist dann in Form des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes vorhanden. Zwei der drei vorgenannten Koppelungen sind dabei als permanent drehfeste Verbindungen realisiert, während die jeweils noch verbleibende Koppelung als Verbindung vorliegt, die erst durch Schließen des sechsten Schaltelements drehfest hergestellt wird.
Unter einer „Koppelung“ ist im Sinne der Erfindung eine Verbindung zu verstehen, die entweder als permanent drehfeste Verbindung besteht oder aber erst durch Betätigen eines jeweiligen Schaltelements drehfest hergestellt wird.
Bei den drehfesten Bauelementen des Getriebes handelt es sich erfindungsgemäß um permanent stillstehende Komponenten des Getriebes, bevorzugt um ein Getriebegehäuse oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses bzw. Komponenten, die mit dem Getriebegehäuse fest verbunden sind. Das erste Element des fünften Planetenradsatzes ist drehfest mit einem drehfesten Bauelement verbunden und steht daher permanent still. Ebenso können auch dritte Element des zweiten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes gemeinsam, sowie das erste Element des vierten Planetenradsatzes alleine durch Betätigen des jeweils zugehörigen Schaltelements stillgesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen sind das erste und das zweite Schaltelement als Bremsen gestaltet, die bei Ansteuerung die jeweilige rotierbare Komponente bzw. die drehfest miteinander verbundenen, rotierbaren Komponenten des Getriebes auf Stillstand abbremsen und an einem drehfesten Bauelement festsetzen. Dagegen liegen das dritte, das vierte und das fünfte Schaltelement als Kupplungen vor, welche bei Betätigung jeweils die je zugehörigen rotierbaren Komponenten des Getriebes in ihren Drehbewegungen einander angleichen und im Folgenden drehfest miteinander verbinden. Je nachdem, bei welcher der Koppelungen des ersten Planetenradsatzes eine drehfeste Verbindung über das sechste Schaltelement hergestellt wird, handelt es sich bei dem sechsten Schaltelement um eine Bremse oder aber um eine Kupplung.
Bevorzugt ist das erste Schaltelement axial zwischen dem dritten Planetenradsatz und dem vierten Planetenradsatz vorgesehen, während das zweite Schaltelement insbesondere auf einer dem Getriebeeingang abgewandt und dem Getriebeausgang zugewandt liegenden Seite des fünften Planetenradsatzes platziert ist. Des Weiteren sind das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement bevorzugt gemeinsam axial zwischen dem vierten Planetenradsatz und dem fünften Planetenradsatz vorgesehen und liegen weiter bevorzugt axial unmittelbar nebeneinander. Zudem sind das dritte und das vierte Schaltelement hierbei im Wesentlichen auf derselben radialen Höhe vorgesehen. Aufgrund der räumlichen Anordnung des dritten und des vierten Schaltelements kommt dabei eine gemeinsame Versorgung dieser beiden Schaltelemente in Frage. Das fünfte Schaltelement liegt axial bevorzugt zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz.
Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Elemente der Planetenradsätze ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Element auch als kurze axiale und/oder radiale Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die permanent drehfest miteinander verbundenen Elemente der Planetenradsätze dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Elemente und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Elemente im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
Bei Elementen der Planetenradsätze, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird ebenfalls eine Verbindung über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Getriebeverluste aus.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung steht das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Getriebeeingang und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung, während das erste Element des ersten Planetenradsatzes mittels des sechsten Schaltelements an einem drehfesten Bauelement festgesetzt werden kann.
In diesem Fall ist also das zweite Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit dem Getriebeeingang und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen das erste Element des ersten Planetenradsatzes erst durch Betätigen des sechsten Schaltelements an einem drehfesten Bauelement festgesetzt wird. Dabei liegt das sechste Schaltelement axial bevorzugt auf einer dem Getriebeeingang zugwandten Seite des ersten Planetenradsatzes.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt, während das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Dagegen kann das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mittels des sechsten Schaltelements drehfest mit dem Getriebeeingang verbunden werden.
Bei dieser Variante ist also das erste Element des ersten Planetenradsatzes permanent an einem drehfesten Bauelement festgesetzt, wohingegen das dritte Element des ersten Planetenradsatzes permanent drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Durch Schließen des sechsten Schaltelements wird das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Getriebeeingang verbunden. Dabei liegt das sechste Schaltelement axial bevorzugt zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz und ist weiter bevorzugt axial benachbart zu dem fünften Schaltelement und radial innenliegend zu diesem vorgesehen.
Entsprechend einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das erste Element des ersten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt, während das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Getriebeeingang in Verbindung steht. Dagegen kann das dritte Element des ersten Planetenradsatzes mittels des sechsten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden werden.
In diesem Fall ist also das erste Element des ersten Planetenradsatzes wieder permanent an einem drehfesten Bauelement festgesetzt und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ständig drehfest mit dem Getriebeeingang verbunden, wohingegen erst durch Schließen des sechsten Schaltelements eine drehfeste Verbindung des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes zum dritten Element des dritten Planetenradsatzes hergestellt wird. Dabei liegt das sechste Schaltelement axial bevorzugt in der Radebene des ersten Planetenradsatzes und ist damit im Wesentlichen auf derselben axialen Höhe wie der erste Planetenradsatz, sowie radial umliegend zu diesem platziert.
Bei den vorgenannten Varianten eines erfindungsgemäßen Getriebes können zehn Vorwärtsgänge, sowie zwei Rückwärtsgänge durch selektives Schließen von je drei Schaltelementen realisiert werden. Dabei wird ein erster Vorwärtsgang durch Betätigen des ersten, des vierten und des fünften Schaltelements geschaltet, während ein zweiter Vorwärtsgang durch Schließen des ersten, des zweiten und des fünften Schaltelements gebildet wird. Alternativ dazu kann ein zweiter Vorwärtsgang aber auch durch Schließen des ersten, des zweiten und des sechsten Schaltelements oder durch Betätigen des ersten, des zweiten und des dritten Schaltelements oder durch Betätigen des ersten, des zweiten und des vierten Schaltelements dargestellt werden. Des Weiteren ergibt sich ein dritter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten, des vierten und des fünften Schaltelements, wohingegen ein vierter Vorwärtsgang durch Betätigen des zweiten, des vierten und des sechsten Schaltelements schaltbar ist. Ferner kann ein fünfter Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten, des dritten und des sechsten Schaltelements dargestellt werden, wobei für die Schaltung eines sechsten Vorwärtsganges das zweite, das fünfte und das sechste Schaltelement zu betätigen sind. Dagegen ergibt sich ein siebter Vorwärtsgang durch Betätigen des dritten, des fünften und des sechsten Schaltelements, während ein achter Vorwärtsgang durch Betätigen des vierten, des fünften und des sechsten Schaltelements schaltbar ist. Ein neunter Vorwärtsgang kann durch Betätigen des dritten, des vierten und des sechsten Schaltelements geschaltet werden, während für die Schaltung eines zehnten Vorwärtsganges das dritte, das vierte und das fünfte Schaltelement zu schließen sind.
Ein erster Rückwärtsgang ergibt sich durch Betätigen des ersten, des vierten und des sechsten Schaltelements, wohingegen ein zweiter Rückwärtsgang durch Schließen des ersten, des dritten und des fünften Schaltelements geschaltet wird.
Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Für eine aufeinanderfolgende Schaltung der Vorwärtsgänge entsprechend ihrer Reihenfolge ist dabei stets der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren, indem eines der am vorhergehenden Vorwärtsgang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Vorwärtsganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.
Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ein Rückwärtsgang für einen Antrieb über die dem Getriebe vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dies kann dabei alternativ oder auch ergänzend zu einer Anordnung einer Elektromaschine im Getriebe verwirklicht sein, um im Falle eines Ausfalls der Elektromaschine dennoch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges verwirklichen zu können.
In Weiterbildung der Erfindung kann ein erster Zusatzgang durch Betätigen des ersten, des dritten und des sechsten Schaltelements, ein zweiter Zusatzgang durch Betätigen des ersten, des dritten und des vierten Schaltelements, sowie ein dritter Zusatzgang durch Betätigen des zweiten, des dritten und des fünften Schaltelements geschaltet werden. Auch diese Zusatzgänge können bei den einzelnen vorgenannten Varianten eines erfindungsgemäßen Getriebes dargestellt werden.
Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass der jeweilige Planetenradsatz als Minus-Planetenradsatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus den Elementen Sonnenrad, Planetensteg und Hohlrad zusammen, wobei der Planetensteg mindestens ein bevorzugt aber mehrere Planetenräder führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen. Von den fünf Planetenradsätzen sind dann ein oder mehrere Planetenradsätze als derartige Minus-Planetensätze gestaltet. Besonders bevorzugt liegen aber alle Planetenradsätze als Minus-Planetensätze vor, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren lässt.
Alternativ oder auch ergänzend dazu liegt der jeweilige Planetenradsatz als Plus-Planetensatz vor, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen. Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe können ein oder auch mehrere Planetenradsätze als derartige Plus-Planetensätze ausgeführt sein.
Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Wie bereits erwähnt, sind aber bevorzugt alle Planetenradsätze als Minus-Planetensätze ausgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ein oder mehrere Schaltelemente jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente realisiert. Kraftschlüssige Schaltelemente haben den Vorteil, dass sie auch unter Last geschaltet werden können, so dass ein Wechsel zwischen den Gängen ohne Zugkraftunterbrechung vollziehbar ist. Besonders bevorzugt ist aber das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation. Denn das erste Schaltelement ist an der Darstellung der beiden ersten Vorwärtsgänge und der beiden Rückwärtsgänge beteiligt, so dass hier ein Schließen im Stilstand des Kraftfahrzeuges vorzunehmen ist. Ein formschlüssiges Schaltelement hat gegenüber einem kraftschlüssigen Schaltelement den Vorteil, dass im geöffneten Zustand nur geringe Schleppmomente auftreten, so dass sich ein höherer Wirkungsgrad realisieren lässt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Getriebeeingang drehfest mit einem Nebenabtrieb gekoppelt. In diesem Fall ist das erfindungsgemäße Getriebe also mit einem Nebenabtrieb ausgestattet, über welchen ein Antrieb von Nebenaggregaten oder ähnlichem stattfinden kann. Der Nebenabtrieb kann dabei direkt am Getriebeeingang des Getriebes angebunden sein, wobei der Nebenabtrieb aber bevorzugt drehfest an dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes anknüpft. Weiter bevorzugt liegt der der Nebenabtrieb dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem Getriebeeingang.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Getriebeeingang an einer Antriebswelle und der Getriebeausgang an einer Abtriebswelle ausgebildet, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander liegen. Hierbei ist der Getriebeeingang bevorzugt an einem axialen Ende des Getriebes vorgesehen, während der Getriebeausgang axial an einem hierzu entgegengesetzten Ende des Getriebes ausgestaltet ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang. Alternativ dazu kann der Getriebeausgang aber auch quer zum Getriebeeingang ausgerichtet sein, um einen Aufbau zu verwirklichen, der für einen quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang geeignet ist. Dabei kann der Getriebeausgang durch eine Verzahnung gebildet sein, welche mit einer Verzahnung einer zur Getriebeeingangsachse achsparallel angeordneten Welle kämmt. Auf dieser Welle kann dann das Achsdifferential einer Antriebsachse angeordnet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit einem der rotierbaren Bauelemente des Getriebes drehfest gekoppelt ist. Bevorzugt ist dann ein Stator der Elektromaschine drehfest mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden, wobei die Elektromaschine hierbei elektromotorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann, um unterschiedliche Funktionen zu realisieren. Insbesondere kann dabei ein rein elektrisches Fahren, ein Boosten über die Elektromaschine, ein Abbremsen und Rekuperieren und/oder ein Synchronisieren im Getriebe über die Elektromaschine vollzogen werden. Der Rotor der Elektromaschine kann dabei koaxial zu dem jeweiligen Bauelement liegen oder achsversetzt zu diesem angeordnet sein, wobei im letztgenannten Fall dann eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen, beispielsweise in Form von Stirnradstufen, oder auch einen Zugmitteltrieb, wie einen Kettentrieb, realisiert sein kann.
Bevorzugt ist der Rotor der Elektromaschine aber mit dem Getriebeeingang drehfest gekoppelt, wobei hierdurch ein rein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges auf geeignete Art und Weise dargestellt wird. Weiter bevorzugt werden eines oder mehrere der Schaltelemente als interne Anfahrelemente für das elektrische Fahren verwendet. Hierfür eignen sich insbesondere das erste Schaltelement, das vierte Schaltelement oder das fünfte Schaltelement, da diese jeweils sowohl in einem der Rückwärtsgänge, als auch im ersten Vorwärtsgang geschlossen sind. Als weitere Alternative kann aber auch eine separate Anfahrkupplung zur Anwendung kommen, welche zwischen der Elektromaschine und dem Getrieberadsatz positioniert ist.
Für das rein elektrische Fahren wird einer der Gänge im Getriebe geschaltet, wobei in den Vorwärtsgängen dabei auch eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges realisierbar ist, indem über die Elektromaschine eine entgegengesetzte Drehbewegung eingeleitet wird, wodurch die Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges im Übersetzungsverhältnis des jeweiligen Vorwärtsganges stattfindet. In der Folge können die Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgänge sowohl für die elektrische Vorwärts- als auch für die elektrische Rückwärtsfahrt genutzt werden. Der Rotor der Elektromaschine könnte aber abgesehen vom Getriebeeingang auch an eines der übrigen, rotierbaren Bauelemente des Getriebes angebunden sein.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, welche insbesondere in Kombination mit der vorgenannten Anordnung einer Elektromaschine realisiert wird, ist zudem eine Trennkupplung vorgesehen, über welche der Getriebeeingang mit einer Anschlusswelle drehfest verbindbar ist. Die Anschlusswelle dient dann innerhalb eines Kraftfahrzeugantriebsstranges der Anbindung an die Antriebsmaschine. Das Vorsehen der Trennkupplung hat dabei den Vorteil, dass im Zuge des rein elektrischen Fahrens eine Verbindung zur Antriebsmaschine unterbrochen werden kann, wodurch diese nicht mitgeschleppt wird. Die Trennkupplung ist dabei bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt, wie beispielsweise als Lamellenkupplung, kann aber ebenso gut auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung oder Sperrsynchronisation, vorliegen.
Generell kann dem Getriebe prinzipiell ein Anfahrelement vorgeschaltet werden, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebeeingang des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges und ist dann zwischen einer insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist der Getriebeeingang des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Achsgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Achsgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
Dass zwei Bauelemente des Getriebes drehfest „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Verbindung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze oder auch Wellen oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind starr miteinander gekoppelt.
Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen des Getriebes vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent drehfest miteinander gekoppelt, sondern eine drehfeste Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angekoppelten Bauelemente in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem ein erfindungsgemäßes Getriebe zur Anwendung kommt;
2 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
4 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
6 eine schematische Ansicht eines Getriebes entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und
7 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 6.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, in welchem eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Achsgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe G und das Achsgetriebe AG können dabei in einem gemeinsamen Getriebegehäuse zusammengefasst sein, in welches dann auch der Torsionsschwingungsdämpfer TS integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und auch das Achsgetriebe AG in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
Aus 2 geht eine schematische Darstellung des Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2, einen dritten Planetenradsatz P3, einen vierten Planetenradsatz P4 und einen fünften Planetenradsatz P5. Jeder der Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 und P5 weist je ein erstes Element E11 bzw. E12 bzw. E13 bzw. E14 bzw. E15, je ein zweites Element E21 bzw. E22 bzw. E23 bzw. E24 bzw. E25 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 bzw. E33 bzw. E34 bzw. E35 auf. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 bzw. E13 bzw. E14 bzw. E15 ist dabei stets durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 bzw. P4 bzw. P5 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 bzw. E24 bzw. E25 bei den Planetenradsätzen P1, P2, P3, P4 und P5 jeweils als je ein Planetensteg vorliegt. Das jeweils noch verbleibende, dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 bzw. E34 bzw. E35 wird dann durch ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 bzw. P3 bzw. P4 bzw. P5 gebildet.
Die Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 und P5 sind vorliegend also jeweils als Minus-Planetensätze gestaltet, bei welchen der jeweilige Planetensteg ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und auch mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff stehen.
Dort wo es die Anbindung zulässt, könnten aber einer oder auch mehrere der Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 und P5 als Plus-Planetensätze ausgeführt werden. Bei einem Plus-Planetensatz trägt der Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder des Radpaares untereinander kämmen. Im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minus-Planetensatz müsste dann für die Überführung in einen Plus-Planetensatz das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 bzw. E23 bzw. E24 bzw. E25 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 bzw. E33 bzw. E34 bzw. E35 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden.
Vorliegend sind der erste Planetenradsatz P1, der zweite Planetenradsatz P2, der dritte Planetenradsatz P3, der vierte Planetenradsatz P4 und der fünfte Planetenradsatz P5 axial in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1, zweiter Planetenradsatz P2, dritter Planetenradsatz P3, vierter Planetenradsatz P4 und fünfter Planetenradsatz P5 zwischen einem Getriebeeingang GW1-A und einem Getriebeausgang GW2-A angeordnet.
Der Getriebeeingang GW1-A und der Getriebeausgang GW2-A sind koaxial zueinander liegend an entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes G vorgesehen. Dabei dient der Getriebeeingang GW1-A im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM, während das Getriebe G an dem Getriebeausgang GW2-A mit dem nachfolgenden Achsgetriebe AG verbunden ist.
Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt sechs Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements B1, eines zweiten Schaltelements B2, eines dritten Schaltelements K1, eines vierten Schaltelements K2, eines fünften Schaltelements K3 und eines sechsten Schaltelements B3. Dabei sind die Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und B3 jeweils als kraftschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Lamellenschaltelemente vor. Zudem sind das dritte Schaltelement K1, das vierte Schaltelement K2 und das fünfte Schaltelement K3 vorliegend als Kupplungen gestaltet, während das erste Schaltelement B1, das zweite Schaltelement B2 und das sechste Schaltelement B3 als Bremsen vorliegen.
Vorliegend sind das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbunden und stehen gemeinsam drehfest mit einer Antriebswelle GW1 in Verbindung, die an einem axialen Ende den Getriebeeingang GW1-A definiert. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist dagegen drehfest mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden, dessen zweites Element E23 drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung steht und gemeinsam mit diesem mittels des ersten Schaltelements B1 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden kann. Bei den drehfesten Bauelementen GG handelt es sich dabei bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil eines derartigen Getriebegehäuses.
Des Weiteren ist das erste Element E13 des dritten Planetenradsatzes drehfest mit dem dritten Element E35 des fünften Planetenradsatzes P5 verbunden, wobei das erste Element E15 des fünften Planetenradsatzes P5 permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist. An dem drehfesten Bauelement GG kann zudem das erste Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 festgesetzt werden, wobei das erste Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 ferner durch Betätigen des vierten Schaltelements K2 drehfest mit dem zweiten Element E25 des fünften Planetenradsatzes P5 verbunden werden kann.
Abgesehen von der drehfesten Verbindbarkeit mit dem ersten Element E14 des vierten Planetenradsatzes P4 kann das zweite Element E25 des fünften Planetenradsatzes P5 zudem mittels des dritten Schaltelements K1 drehfest mit dem zweiten Element E24 des vierten Planetenradsatzes P4 in Verbindung gebracht werden, welches permanent drehfest mit einer Abtriebswelle GW2 verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 bildet dabei an einem zum Getriebeeingang GW1-A entgegengesetzt liegenden axialen Ende des Getriebes G den Getriebeausgang GW2-A aus. Ein Schließen des dritten Schaltelements K1 hat dementsprechend auch eine drehfeste Verbindung des zweiten Elements E25 des fünften Planetenradsatzes P5 mit der Abtriebswelle GW2 zur Folge.
Ferner ist das dritte Element E34 des vierten Planetenradsatzes P4 permanent drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kann gemeinsam mit diesem durch Schließen des fünften Schaltelements K3 drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 und dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden werden. Schließlich kann noch das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 über das sechste Schaltelement B3 an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden.
Das erste Schaltelement B1 liegt axial zwischen dem dritten Planetenradsatz P3 und dem vierten Planetenradsatz P4, während das zweite Schaltelement B2 axial auf einer dem Getriebeausgang GW2-A zugewandten Seite des fünften Planetenradsatzes P5 vorgesehen ist.
Wie zudem in 2 zu erkennen ist, sind das dritte Schaltelement K1 und das vierte Schaltelement K2 gemeinsam axial zwischen dem vierten Planetenradsatz P4 und dem fünften Planetenradsatz P5 platziert und liegen dabei axial unmittelbar nebeneinander. Zudem sind das dritte Schaltelement K1 und das vierte Schaltelement K2 radial im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet. Aufgrund der räumlichen Anordnung des dritten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements K2 kommt bei dem Getriebe G daher eine gemeinsame Versorgung der beiden Schaltelemente K1 und K2 über eine gemeinsame Versorgungsleitung in Frage.
Das fünfte Schaltelement K3 ist axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen, wohingegen das sechste Schaltelement B3 axial auf einer dem Getriebeeingang GW1-A zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes P1 angeordnet ist.
Zudem geht aus 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung hervor, welche dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 2 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass zusätzlich ein Nebenabtrieb PTO vorgesehen ist, welcher drehfest mit dem Getriebeeingang GW1-A verbunden ist. Konkret ist der Nebenabtrieb PTO drehfest an dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 angebunden, welches ja drehfest mit der Antriebswelle GW1 und damit auch dem Getriebeeingang GW1-A in Verbindung steht. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform aus 3 der vorhergehenden Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
4 zeigt eine schematische Ansicht eines Getriebes G gemäß einer dritten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht dabei wiederum weitestgehend der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes B1 permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, wohingegen eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 und der Antriebswelle GW1 erst durch Schließen eines sechsten Schaltelements K4 hergestellt wird. Das sechste Schaltelement K4 ist dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen und liegt axial benachbart zum fünften Schaltelement K3. Zudem ist das sechste Schaltelement K4 dabei radial innenliegend zum fünften Schaltelement K3 platziert, wobei aufgrund der räumlichen Anordnung der Schaltelemente K3 und K4 auch hier ggf. eine gemeinsame Versorgung denkbar wäre. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 4 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Des Weiteren geht aus 5 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung hervor, die wiederum weitestgehend der Ausgestaltungsmöglichkeit nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 permanent an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, wohingegen eine drehfeste Verbindung des dritten Elements P31 des ersten Planetenradsatzes P1 mit dem dritten Element E33 des dritten Planetenradsatzes P3 erst im geschlossenen Zustand eines sechsten Schaltelements K4 hergestellt ist. Dieses sechste Schaltelement K4 ist dabei axial in der Radebene des ersten Planetenradsatzes P1 und radial umliegend zu diesem vorgesehen. Aufgrund der räumlichen Anordnung in der Nähe des fünften Schaltelements K3 kann dabei eine gemeinsame Versorgung des fünften Schaltelements K3 und des sechsten Schaltelements K4 verwirklicht sein. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 5 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
Schließlich zeigt 6 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform entspricht dabei ebenfalls im Wesentlichen der Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu zusätzlich eine Elektromaschine EM vorgesehen ist, deren Stator S an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während ein Rotor R der Elektromaschine EM drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Des Weiteren kann die Antriebswelle GW1 am Getriebeeingang GW1-A über eine zwischenliegende Trennkupplung K0, welche vorliegend als Lamellenschaltelement gestaltet ist, mit einer Anschlusswelle AN drehfest verbunden werden, welche wiederum mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine VKM mittels des zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfers TS verbunden ist. Aufgrund der drehfesten Verbindung des Rotors R mit der Antriebswelle GW1 ist die Elektromaschine EM koaxial zu der Antriebswelle GW1 platziert.
Über die Elektromaschine EM kann dabei ein rein elektrisches Fahren realisiert werden, wobei in diesem Fall die Trennkupplung K0 geöffnet wird, um den Getriebeeingang GW1-A von der Anschlusswelle AN zu entkoppeln und die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht mitzuschleppen. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
In 7 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus den 2 bis 6 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei jeweils insgesamt zehn Vorwärtsgänge 1 bis 10, sowie zwei Rückwärtsgänge R1 und R2 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und B3 bzw. K4 in welchem der Vorwärtsgänge 1 bis 10 und den Rückwärtsgängen R1 und R2 jeweils geschlossen ist. In jedem der Vorwärtsgänge 1 bis 10 und den Rückwärtsgängen R1 und R2 sind dabei jeweils drei der Schaltelemente B1, B2, K1, K2, K3 und B3 bzw. K4 geschlossen, wobei bei einer aufeinanderfolgenden Schaltung der Vorwärtsgänge 1 bis 10, mit Ausnahme von Varianten 2.2 und 2.3 eines zweiten Vorwärtsganges, je eines der beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement im Folgenden zu schließen ist.
Wie in 7 zu erkennen ist, wird ein erster Vorwärtsgang 1 durch Betätigen des ersten Schaltelements B1, des vierten Schaltelements K2 und des fünften Schaltelements K3 geschaltet, wobei hiervon ausgehend ein zweiter Vorwärtsgang 2.1 gebildet wird, indem das vierte Schaltelement K2 geöffnet und im Folgenden das zweite Schaltelement B2 geschlossen wird. Alternativ dazu kann auch in einen zweiten Vorwärtsgang 2.2 geschaltet werden, indem sowohl das vierte Schaltelement K2, als auch das fünfte Schaltelement K3 geöffnet und das zweite Schaltelement B2 und das sechste Schaltelement B3 bzw. K4 geschlossen werden. Weiter alternativ kann auch ein zweiter Vorwärtsgang 2.3 durch Öffnen des vierten Schaltelements K2 und des fünften Schaltelements K3 und Schließen des zweiten Schaltelements B2 und des dritten Schaltelements K1 gebildet werden. Ebenso ergibt sich ein zweiter Vorwärtsgang 2.4 ausgehend vom ersten Vorwärtsgang 1 durch Öffnen des fünften Schaltelements K3 und Schließen des zweiten Schaltelements B2. Die Vorwärtsgänge 2.1 und 2.4 sind dabei bevorzugt heranzuziehen, da in diesem Fall nur der Schaltzustand von zwei Schaltelementen gegenüber dem ersten Vorwärtsgang 1 zu verändern ist.
Des Weiteren wird ein dritter Vorwärtsgang 3 geschaltet, indem das zweite Schaltelement B2, das vierte Schaltelement K2 und das fünfte Schaltelement K3 geschlossen werden. Ausgehend davon ergibt sich dann ein vierter Vorwärtsgang 4 durch Öffnen des fünften Schaltelements K3 und Schließen des sechsten Schaltelements B3 bzw. K4. Darauffolgend ergibt sich ein fünfter Vorwärtsgang 5 durch Öffnen des vierten Schaltelements K2 und Betätigen des dritten Schaltelements K1, wobei hiervon ausgehend in einen sechsten Vorwärtsgang 6 geschaltet wird, indem das dritte Schaltelement K1 geöffnet und das fünfte Schaltelement K3 geschlossen wird. Zum Schalten in einen siebten Vorwärtsgang 7 ist dann das zweite Schaltelement B2 zu öffnen und das dritte Schaltelement K1 zu schließen.
Ausgehend von dem siebten Vorwärtsgang 7 wird dann in einen achten Vorwärtsgang 8 geschaltet, indem das dritte Schaltelement K1 in einen unbetätigten und das vierte Schaltelement K2 in einen betätigten Zustand überführt wird. Zum weiteren Hochschalten in einen neunten Vorwärtsgang 9 ist im Folgenden das fünfte Schaltelement K3 zu öffnen und das dritte Schaltelement K1 zu schließen. Schließlich wird vom neunten Vorwärtsgang 9 in den zehnten Vorwärtsgang 10 geschaltet, indem das sechste Schaltelement B3 bzw. K4 in einen unbetätigten Zustand und anschließend das fünfte Schaltelement K3 in einen betätigten Zustand überführt wird.
Der erste Rückwärtsgang R1, in welchem eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges auch bei Antrieb über die Verbrennungskraftmaschine VKM realisiert werden kann, wird hingegen durch Schließen des ersten Schaltelements B1, des vierten Schaltelements K2 und des sechsten Schaltelements B3 bzw. K4 geschaltet. Dagegen ergibt sich der zweite Rückwärtsgang R2 durch Betätigen des ersten Schaltelements B1, des dritten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements K3.
Bei den Getrieben gehe aus den 2 bis 6 können zudem noch Zusatzgänge Z1 bis Z3 dargestellt werden, welche allerdings nicht gut in die Übersetzungsreihe des jeweiligen Getriebes G passen. Dabei ergibt sich ein erster Zusatzgang Z1 durch Schließen des ersten Schaltelements B1, des dritten Schaltelements K1 und des sechsten Schaltelements B3 bzw. K4, wohingegen ein zweiter Zusatzgang Z2 durch Betätigen des ersten Schaltelements B1, des dritten Schaltelements K1 und des vierten Schaltelements K2 darstellbar ist. Schließlich kann ein dritter Zusatzgang Z3 durch Schließen des zweiten Schaltelements B2, des dritten Schaltelements K1 und des fünften Schaltelements K3 geschaltet werden.
Wie in den 2 bis 6 dargestellt ist, ist das erste Schaltelement B1 als kraftschlüssiges Schaltelement ausgeführt. Jedoch könnte das erste Schaltelement B1 auch als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Sperrsynchronisation oder als Klauenschaltelement, realisiert sein.
Des Weiteren können auch die Getriebe G entsprechend der Ausführungsformen der 3 bis 5 analog zu der Variante gemäß 6 hybridisiert werden. Zudem kann ein Nebenabtrieb PTO auch analog zu der in 3 dargestellten Variante bei den Ausführungsformen nach den 4 bis 6 realisiert werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und einem guten Wirkungsgrad realisiert werden.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GG: Drehfestes Bauelement
P1: Erster Planetenradsatz
E11: Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
E21: Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
E31: Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
P2: Zweiter Planetenradsatz
E12: Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
E22: Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
E32: Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
P3: Dritter Planetenradsatz
E13: Erstes Element des dritten Planetenradsatzes
E23: Zweites Element des dritten Planetenradsatzes
E33: Drittes Element des dritten Planetenradsatzes
P4: Vierter Planetenradsatz
E14: Erstes Element des vierten Planetenradsatzes
E24: Zweites Element des vierten Planetenradsatzes
E34: Drittes Element des vierten Planetenradsatzes
P5: Fünfter Planetenradsatz
E15: Erstes Element des fünften Planetenradsatzes
E25: Zweites Element des fünften Planetenradsatzes
E35: Drittes Element des fünften Planetenradsatzes
B1: Erstes Schaltelement
B2: Zweites Schaltelement
K1: Drittes Schaltelement
K2: Viertes Schaltelement
K3: Fünftes Schaltelement
B3: Sechstes Schaltelement
K4: Sechstes Schaltelement
1: Erster Vorwärtsgang
2.1: Zweiter Vorwärtsgang
2.2: Zweiter Vorwärtsgang
2.3: Zweiter Vorwärtsgang
2.4: Zweiter Vorwärtsgang
3: Dritter Vorwärtsgang
4: Vierter Vorwärtsgang
5: Fünfter Vorwärtsgang
6: Sechster Vorwärtsgang
7: Siebter Vorwärtsgang
8: Achter Vorwärtsgang
9: Neunter Vorwärtsgang
10: Zehnter Vorwärtsgang
R1: Erster Rückwärtsgang
R2: Zweiter Rückwärtsgang
Z1: Erster Zusatzgang
Z2: Zweiter Zusatzgang
Z3: Dritter Zusatzgang
GW1: Antriebswelle
GW1-A: Getriebeeingang
GW2: Abtriebswelle
GW2-A: Getriebeausgang
PTO: Nebenabtrieb
EM: Elektromaschine
S: Stator
R: Rotor
AN: Anschlusswelle
K0: Trennkupplung
VKM: Verbrennungskraftmaschine
TS: Torsionsschwingungsdämpfer
AG: Achsgetriebe
DW: Antriebsräder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 20160072696 A [0003]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Getriebeeingang (GW1-A) und einen Getriebeausgang (GW2-A), sowie einen ersten (P1), einen zweiten (P2), einen dritten (P3), einen vierten (P4) und einen fünften Planetenradsatz (P5), wobei die Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4, P5) jeweils mehrere Elemente (E11, E12, E13, E21, E22, E23, E31, E32, E33, E14, E24, E34, E15, E25, E35) umfassen, wobei ein erstes (B1), ein zweites (B2), ein drittes (K1), ein viertes (K2), ein fünftes (K3) und ein sechstes Schaltelement (B3; K4) vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen über die Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4, P5) unter Schaltung unterschiedlicher Gänge (1 bis 10, R1 und R2) zwischen Getriebeeingang (GW1-A) und Getriebeausgang (GW2-A) darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, - dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und das zweite Element (E23) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest miteinander verbunden und gemeinsam über das erste Schaltelement (B1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar sind, - wobei das erste Element (E14) des vierten Planetenradsatzes (P4) mittels des zweiten Schaltelements (B2) ebenfalls an einem drehfesten Bauteil (GG) festsetzbar ist, - dass der Getriebeeingang (GW1-A) drehfest mit dem ersten Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, dessen zweites Element (E22) drehfest mit dem dritten Element (E34) des vierten Planetenradsatzes (P4) in Verbindung steht, - dass das zweite Element (E24) des vierten Planetenradsatzes (P4) drehfest mit dem Getriebeausgang (GW2-A) verbunden ist und über das dritte Schaltelement (K1) drehfest mit dem zweiten Element (E25) des fünften Planetenradsatzes (P5) in Verbindung bringbar ist, welches ferner mittels des vierten Schaltelements (K2) drehfest mit dem ersten Element (E14) des vierten Planetenradsatzes (P4) verbindbar ist, - dass das erste Element (E13) des dritten Planetenradsatzes (P3) drehfest mit dem dritten Element (E35) des fünften Planetenradsatzes (P5) in Verbindung steht, dessen erstes Element (E15) permanent an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist, - dass das dritte Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) über das fünfte Schaltelement (K3) drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) und dem dritten Element (E34) des vierten Planetenradsatzes (P4) verbindbar ist, - und dass beim ersten Planetenradsatz (P1) eine erste Koppelung des ersten Elements (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem drehfesten Bauelement (GG), eine zweite Koppelung des zweiten Elements (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem Getriebeeingang (GW1-A), sowie eine dritte Koppelung des dritten Elements (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) besteht, wobei von diesen Koppelungen zwei Koppelungen als permanent drehfeste Verbindungen vorliegend, während bei der noch verbleibenden Koppelung eine drehfeste Verbindung mittels des sechsten Schaltelements (B3; K4) herstellbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem Getriebeeingang (GW1-A) und das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung steht, während das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des sechsten Schaltelements (B3) an einem drehfesten Bauelement (GG) festsetzbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist und das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) in Verbindung steht, während das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des sechsten Schaltelements (K4) drehfest mit dem Getriebeeingang (GW1-A) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) an einem drehfesten Bauelement (GG) festgesetzt ist und das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest mit dem Getriebeeingang (GW1-A) in Verbindung steht, während das dritte Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) mittels des sechsten Schaltelements (K4) drehfest mit dem dritten Element (E33) des dritten Planetenradsatzes (P3) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Vorwärtsgang (1) durch Betätigen des ersten (B1), des vierten (K2) und des fünften Schaltelements (K3), ein zweiter Vorwärtsgang (2.1) durch Betätigen des ersten (B1), des zweiten (B2) und des fünften Schaltelements (K3) oder (2.2) durch Betätigen des ersten (B1), des zweiten (B2) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4) oder (2.3) durch Betätigen des ersten (B1), des zweiten (B2) und des dritten Schaltelements (K1) oder (2.4) durch Betätigen des ersten (B1), des zweiten (B2) und des vierten Schaltelements (K2), ein dritter Vorwärtsgang (3) durch Betätigen des zweiten (B2), des vierten (K2) und des fünften Schaltelements (K3), ein vierter Vorwärtsgang (4) durch Betätigen des zweiten (B2), des vierten (K2) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein fünfter Vorwärtsgang (5) durch Betätigen des zweiten (B2), des dritten (K1) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein sechster Vorwärtsgang (6) durch Betätigen des zweiten (B2), des fünften (K3) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein siebter Vorwärtsgang (7) durch Betätigen des dritten (K1), des fünften (K3) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein achter Vorwärtsgang (8) durch Betätigen des vierten (K2), des fünften (K3) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein neunter Vorwärtsgang (9) durch Betätigen des dritten (K1), des vierten (K2) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein zehnter Vorwärtsgang (10) durch Betätigen des dritten (K1), des vierten (K2) und des fünften Schaltelements (K3), ein erster Rückwärtsgang (R1) durch Betätigen des ersten (B1), des vierten (K2) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), sowie ein zweiter Rückwärtsgang (R2) durch Betätigen des ersten (B1), des dritten (K1) und des fünften Schaltelements (K3) schaltbar ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zusatzgang (Z1) durch Betätigen des ersten (B1), des dritten (K1) und des sechsten Schaltelements (B3 bzw. K4), ein zweiter Zusatzgang (Z2) durch Betätigen des ersten (B1), des dritten (K1) und des vierten Schaltelements (K2), sowie ein dritter Zusatzgang (Z3) durch Betätigen des zweiten (B2), des dritten (K1) und des fünften Schaltelements (K3) schaltbar ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz (P1, P2, P3, P4, P5) als Minus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element (E11, E12, E13, E14, E15) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3, P4, P5) um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element (E21, E22, E23, E24, E25) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3, P4, P5) um einen jeweiligen Planetensteg und bei dem jeweiligen dritten Element (E31, E32, E33, E34, E35) des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2, P3, P4, P5) um ein jeweiliges Hohlrad handelt.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Planetenradsatz als Plus-Planetensatz vorliegt, wobei es sich bei dem jeweiligen ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Sonnenrad, bei dem jeweiligen zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein jeweiliges Hohlrad und bei dem jeweiligen dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen jeweiligen Planetensteg handelt.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schaltelemente (B1, B2, K1, K2, K3, B3; B1, B2, K1, K2, K3, K4) jeweils als kraftschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement realisiert ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeeingang (GW1-A) drehfest mit einem Nebenabtrieb (PTO) gekoppelt ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeeingang (GW1-A) an einer Antriebswelle (GW1) und der Getriebeausgang (GW2-A) an einer Abtriebswelle (GW2) ausgebildet ist, wobei die Antriebswelle (GW1) und die Abtriebswelle (GW2) koaxial zueinander liegen.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektromaschine (EM) vorgesehen ist, deren Rotor (R) mit einem rotierbaren Bauelement gekoppelt ist.
Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Trennkupplung (K0) vorgesehen ist, über welche der Getriebeeingang (GW1-A) mit einer Anschlusswelle (AN) drehfest verbindbar ist.
Kraftfahrzeugantriebsstrang, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 14.