DE102017215169A1

DE102017215169A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017215169A1
Application number: DE102017215169.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Stefan Beck; Viktor Warth; Peter Ziemer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), zwei Vorschaltradsätze (VRS1, VRS2) und einen Hauptradsatz (HRS) sowie mehrere Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 16, K) umfasst, wobei der Hauptradsatz (HRS) eine erste, zweite, dritte und vierte Welle (W1, W2, W3, W4) umfasst, die derart miteinander wirkverbunden sind, dass deren jeweilige Drehzahl (W1n, W2n, W3n, W4n) in der Reihenfolge erste, zweite, dritte Welle (W1, W2, W3, W4) in einem linearem Zusammenhang stehen, wobei der Hauptradsatz (HRS) axial zwischen dem ersten und dem zweiten Vorschaltradsatz (VRS1, VRS2) angeordnet ist, sowie Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (G).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe. Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Die Patentanmeldung DE 10 2012 207 017 A1 der Anmelderin beschreibt ein solches Getriebe, welches insgesamt drei Planetenradsätze und fünf Schaltelemente aufweist, durch deren selektive Betätigung sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb des Getriebes darstellbar sind. Von den fünf Schaltelementen wirken drei als Bremsen, wodurch sich das Getriebe besonders einfach herstellen lässt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, alternative Bauformen des im Stand der Technik bekannten Getriebes bereitzustellen.
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 weist eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Vorschaltradsatz, einen Hauptradsatz sowie mehrere Schaltelemente auf. Der Hauptradsatz umfasst vier Wellen, die im Hauptradsatz derart miteinander wirkverbunden sind, dass deren jeweilige Drehzahlen in einem linearen Zusammenhang stehen. Die einzelnen Wellen sind in der Reihenfolge dieses linearen Drehzahlzusammenhangs bezeichnet, also als erste, zweite, dritte und vierte Welle. Die Drehzahlen der vier Wellen nehmen in dieser Reihenfolge ab oder zu. Die Drehzahlen der vier Wellen können auch gleich sein.
Die vier Wellen sind demnach derart miteinander wirkverbunden, dass deren Drehzahlen ein linear ansteigendes, linear abfallendes oder gleichbleibendes Verhältnis zueinander aufweisen, und zwar in der Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle. Beispielsweise kann die Drehzahl der ersten Welle kleiner sein als die Drehzahl der zweiten Welle. Dementsprechend ist die Drehzahl der zweiten Welle dann kleiner als die Drehzahl der dritten Welle, wobei die Drehzahl der dritten Welle dann kleiner ist als die Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist ohne strukturelle Veränderung des Hauptradsatzes umkehrbar, sodass die vierte Welle die geringste Drehzahl aller vier Wellen aufweist, wobei die erste Welle eine Drehzahl aufweist die größer ist als die Drehzahl der vierten Welle. Alle vier Wellen können die gleiche Drehzahl aufweisen, wodurch das lineare Drehzahlverhältnis ebenso erfüllt ist. Das lineare Drehzahlverhältnis zwischen den Drehzahlen der vier Wellen besteht dabei in folgender Reihenfolge: erste Welle, zweite Welle, dritte Welle, vierte Welle. Das Verbinden von zwei der vier Wellen führt daher zu einer gleichen Drehzahl aller vier Wellen.
Die Drehzahl von zumindest einer der vier Wellen kann Null betragen. Die Drehzahl von zumindest einer der vier Wellen kann negativ sein. Eine Welle mit negativer Drehzahl dreht in eine andere Drehrichtung als eine Welle mit positiver Drehzahl. Der lineare Zusammenhang zwischen den Drehzahlen der vier Wellen berücksichtigt also positive und negative Drehzahlwerte. Im linearen Drehzahlverhältnis ist ein negativer Drehzahlwert geringer als Null und geringer als ein positiver Drehzahlwert. Ein positiver Drehzahlwert ist größer als Null und größer als ein negativer Drehzahlwert. Eine graphische Darstellung eines solchen Radsatzes erfolgt üblicherweise mittels eines Drehzahlplans, welcher auch als Kutzbach-Plan bezeichnet wird.
Ein Radsatz mit vier Wellen, deren Drehzahlen in einem linearen Zusammenhang zueinander stehen, kann beispielsweise mittels zweier Planetenradsätze realisiert werden, welche jeweils drei Elemente aufweisen. Zwei Elemente eines ersten der beiden Planetenradsätze sind mit jeweils einem Element des anderen der beiden Planetenradsätze ständig verbunden. Die beiden Planetenradsätze können strukturell in einem einzigen Planetenradsatzsystem integriert sein, beispielsweise als Ravigneaux-Radsatz. Alternativ dazu können die beiden Planetenradsätze auch als Einzel-Planetenradsätze ausgebildet sein, wie beispielsweise bei einem Simpson-Radsatz. Durch Bezug auf die Position der jeweiligen Welle innerhalb der Reihenfolge des linearen Drehzahlzusammenhangs ist ein solcher Radsatz durch dessen Kinematik bestimmt, und nicht durch dessen strukturellen Aufbau.
Die Abtriebswelle ist mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Die Antriebswelle ist durch Schließen von einem ersten der Schaltelemente mit einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen eines zweiten der Schaltelemente ist ein erster mechanischer Leistungspfad zwischen der Antriebswelle und einer der vier Wellen des Hauptradsatzes herstellbar. Der erste Vorschaltradsatz ist im ersten Leistungspfad angeordnet, und dient zur Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle reduzierten Drehzahl. Ist also das zweite Schaltelement geschlossen, so wird jener Welle des Hauptradsatzes, welche über den ersten Leistungspfad mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, eine im Vergleich zur Antriebswelle reduzierte erste Drehzahl vorgegeben. Die Drehzahlreduktion erfolgt dabei mittels des ersten Vorschaltradsatzes.
Das zweite Schaltelement kann unmittelbar im Leistungsfluss zwischen Antriebswelle und der dem ersten Leistungspfad zugeordneten Welle des Hauptradsatzes angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Ist der erste Vorschaltradsatz beispielsweise als Planetenradsatz ausgeführt, kann durch Schließen des zweiten Schaltelements eine drehmomentfeste Abstützung eines Elements des Planetenradsatzes erfolgen. Sind zwei andere Elemente des Planetenradsatzes jeweils mit der Antriebswelle und der dem ersten Leistungspfad zugeordneten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so führt eine solche Anordnung bei geschlossenen zweitem Schaltelement zu einer Leistungsübertragung über den ersten Vorschaltradsatz.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe einen zweiten Vorschaltradsatz auf. Durch Schließen eines dritten der Schaltelemente ist ein zweiter mechanischer Leistungspfad zwischen der Antriebswelle und einer der vier Wellen des Hauptradsatzes herstellbar. Der zweite Vorschaltradsatz ist im zweiten Leistungspfad angeordnet, und dient zur Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle reduzierten Drehzahl. Ist also das dritte Schaltelement geschlossen, so wird jener Welle des Hauptradsatzes, welche über den zweiten Leistungspfad mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, eine im Vergleich zur Antriebswelle reduzierte zweite Drehzahl vorgegeben. Die Drehzahlreduktion erfolgt dabei mittels des zweiten Vorschaltradsatzes. Der Hauptradsatz ist dabei axial zwischen dem ersten und zweiten Vorschaltradsatz angeordnet.
Das Vorsehen des zweiten Vorschaltradsatzes, welcher vom ersten Vorschaltradsatz getrennt ausgeführt ist, hat mehrere Vorteile. Zum einen kann die Drehzahlreduktion zwischen Antriebswelle und der dem zweiten Leistungspfad zugeordneten Welle des Hauptradsatzes unabhängig vom ersten Vorschaltradsatz erfolgen. Das Übersetzungsverhältnis der beiden Vorschaltradsätze kann also unabhängig voneinander gewählt werden. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Gangabstufung des Getriebes möglich. Zum anderen vereinfacht die Anordnung des Hauptradsatzes axial zwischen den beiden Vorschaltradsätzen die Zugänglichkeit der Hauptradsatzwellen zu den einzelnen Vorschaltradsätzen.
Vorzugsweise ist die mittels des ersten Leistungspfads vorgebbare erste Drehzahl kleiner ist als die mittels des zweiten Leistungspfads vorgebbare zweite Drehzahl.
Vorzugsweise ist durch Schließen des ersten Schaltelements die Antriebswelle mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements ist der erste Leistungspfad zwischen der Antriebswelle und der ersten Welle des Hauptradsatzes herstellbar. Durch Schließen des dritten Schaltelements ist der zweite Leistungspfad zwischen der Antriebswelle und der vierten Welle des Hauptradsatzes herstellbar. Diese Zuordnung zu den Hauptradsatzwellen ist für eine Gangbildung des Getriebes vorteilhaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist durch Schließen eines vierten der Schaltelemente die erste Welle des Hauptradsatzes drehfest festsetzbar, wobei durch Schließen eines fünften der Schaltelemente die zweite Welle des Hauptradsatzes drehfest festsetzbar ist. Das schaltbare Festsetzen dieser Hauptradsatzwellen ist für die Gangbildung des Getriebes vorteilhaft.
Vorzugsweise ist durch Schließen eines sechsten der Schaltelemente die Antriebswelle mit der vierten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Auch dies ist für die Gangbildung des Getriebes vorteilhaft.
Durch selektives paarweises Schließen der sechs Schaltelemente können mehrere Vorwärtsgänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden. Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften und dritten Schaltelements. Ein zweiter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements. Ein dritter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten und dritten Schaltelements. Ein vierter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten und sechsten Schaltelements. Ein fünfter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten und dritten Schaltelements. Ein sechster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements. Ein siebenter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten und dritten Schaltelements. Ein achter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten und sechsten Schaltelements. Ein neunter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten und ersten Schaltelements. Ein zehnter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten und ersten Schaltelements.
Bei den zuvor beschriebenen zehn Vorwärtsgängen ist eine Schaltung zwischen benachbarten Vorwärtsgängen teilweise nur durch eine Gruppenschaltung möglich, bei der im Zielgang keines der im ursprünglichen Gang geschlossenen Schaltelemente geschlossen ist.
Daher kann das Getriebe vorzugsweise mit nur sieben Vorwärtsgängen betrieben, deren benachbarte Gangstufen gruppenschaltungsfrei sind, und wie folgt gebildet werden. Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften und dritten Schaltelements. Ein zweiter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements. Ein dritter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten und sechsten Schaltelements. Ein vierter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements. Ein fünfter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des ersten und sechsten Schaltelements. Ein sechster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten und ersten Schaltelements. Ein siebenter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten und ersten Schaltelements. Zur Lastschaltung zwischen nicht-benachbarten Vorwärtsgängen ist eine Verwendung anderer Gangstufen als Zwischengang möglich.
Vorzugsweise umfasst der zweite Vorschaltradsatz einen Planetenradsatz mit einem ersten, zweiten und dritten Element. Diesem Planetenradsatz sind drei Koppelungen zugeordnet, welche sich wie folgt ergeben. Eine erste Koppelung besteht zwischen dem ersten Element und einem drehfesten Bauelement des Getriebes. Eine zweite Koppelung besteht zwischen dem dritten Element und der Antriebswelle. Eine dritte Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element und der vierten Welle des Hauptradsatzes. Zwei der drei Koppelungen sind durch je eine ständige Verbindung ausgebildet, während die verbleibende der drei Koppelungen durch eine mittels des dritten Schaltelements schaltbare Verbindung ausgebildet ist.
Vorzugsweise sind die Elemente des Planetenradsatzes des zweiten Vorschaltradsatzes wie folgt zugeordnet: das erste Element wird durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes gebildet; bei einem als Minus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatz wird das zweite Element durch einen Steg und das dritte Element durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes gebildet; bei einem als Plus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad und das dritte Element durch den Steg des Planetenradsatzes gebildet.
Vorzugsweise umfasst der erste Vorschaltradsatz einen Planetenradsatz mit einem ersten, zweiten und dritten Element. Diesem Planetenradsatz sind drei Koppelungen zugeordnet, welche sich wie folgt ergeben. Eine erste Koppelung besteht zwischen dem dritten Element und dem zuvor erwähnten drehfesten Bauelement, oder einem weiteren drehfesten Bauelement des Getriebes. Eine zweite Koppelung besteht zwischen dem ersten Element und der Antriebswelle. Eine dritte Koppelung besteht zwischen dem zweiten Element und der ersten Welle des Hauptradsatzes. Zwei der drei Koppelungen sind durch je eine ständige Verbindung ausgebildet, während die verbleibende der drei Koppelungen durch eine mittels des zweiten Schaltelements schaltbare Verbindung ausgebildet ist.
Vorzugsweise sind die Elemente des Planetenradsatzes des ersten Vorschaltradsatzes wie folgt zugeordnet: das erste Element wird durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes gebildet; bei einem als Minus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatz wird das zweite Element durch einen Steg und das dritte Element durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes gebildet; bei einem als Plus-Radsatz ausgebildeten Planetenradsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad und das dritte Element durch den Steg des Planetenradsatzes gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Hauptradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz. Jeder dieser beiden Planetenradsätze weist ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird durch das Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Bei einer Ausbildung als Minus-Radsatz wird das zweite Element durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch das Hohlrad. Bei einer Ausbildung als Plus-Radsatz wird das zweite Element durch das Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg. Das erste Element des zweiten Planetenradsatzes und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes sind Bestandteile der ersten Welle des Hauptradsatzes. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist Bestandteil der dritten Welle des Hauptradsatzes. Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung des Hauptradsatzes.
Vorzugsweise ist der erste Planetenradsatz radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der erste Planetenradsatz als Minus-Radsatz ausgebildet ist, da das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes am Außenumfang des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes ausgebildet werden kann, insbesondere in einer einteiligen Form. Dadurch ist ein axial sowie radial besonders kompakter Aufbau des Hauptradsatzes möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Getriebe eine elektrische Maschine mit einem drehfesten Stator und einem drehbaren Rotor auf, wobei der Rotor mit der Antriebswelle ständig oder schaltbar verbunden ist. Die Anbindung des Rotors an die Antriebswelle ermöglicht die Nutzung sämtlicher Gangstufen des Getriebes bei Antrieb mittels der elektrischen Maschine.
Der Rotor kann mit der Antriebswelle entweder unmittelbar oder über ein Übersetzungsgetriebe ständig oder schaltbar verbunden sein. Bei einer unmittelbaren Verbindung ist die elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Bei einer Verbindung über ein Übersetzungsgetriebe kann die elektrische Maschine koaxial oder achsparallel zur Antriebswelle angeordnet sein. Die ständige oder schaltbare Verbindung zwischen Rotor und Antriebswelle kann dabei beispielsweise über einen ein- oder mehrstufigen Stirntrieb oder über einen Kettentrieb erfolgen.
Vorzugsweise weist das Getriebe als drehmomentübertragende Schnittstelle zu einem Verbrennungsmotor eine Anschlusswelle auf, welche durch Schließen einer Trennkupplung mit der Antriebswelle verbindbar ist. Die Anschlusswelle weist dabei 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 einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Antriebswelle des Getriebes drehelastisch verbunden, bzw. verbindbar sein kann. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem getriebe-internen oder getriebe-externen Differentialgetriebe antriebswirkverbunden, welches mit Rädern des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist. Weist das Getriebe die elektrische Maschine auf, so ermöglicht der Antriebsstrang mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug vom Verbrennungsmotor angetrieben. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl vom Verbrennungsmotor als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
Eine ständige Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht. Derart ständig verbundene Elemente drehen stets mit der gleichen Abhängigkeit zwischen deren Drehzahlen. In einer ständigen Verbindung zwischen zwei Elementen kann sich kein Schaltelement befinden. Eine ständige Verbindung ist daher von einer schaltbaren Verbindung zu unterscheiden. Eine ständig drehfeste Verbindung wird als Verbindung zwischen zwei Elementen bezeichnet, die stets besteht und deren verbundene Elemente somit stets die gleiche Drehzahl aufweisen.
Unter dem Begriff „Schließen eines Schaltelements“ wird 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 bis 3 je eine abstrahierte Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes;
4 einen beispielhaften Drehzahlplan für das erfindungsgemäße Getriebe;
5 und 6 je einen Schaltplan für das erfindungsgemäße Getriebe;
7 bis 14 ein erstes bis achtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes; und
15 einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs.

1 zeigt eine abstrahierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Getriebe G weist eine Antriebswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, einen ersten Vorschaltradsatz VRS1, einen zweiten Vorschaltradsatz VRS2, einen Hauptradsatz HRS sowie ein erstes, zweites, drittes, viertes, fünftes und sechstes Schaltelement 14, 05, K, 03, 04, 16 auf. Der Hauptradsatz HRS ist axial zwischen dem ersten und zweiten Vorschaltradsatz VRS1, VRS2 angeordnet.
Der Hauptratz HRS ist abstrahiert als „Blackbox“ mit vier Anschlusselementen dargestellt. Die vier Anschlusselemente werden durch eine erste Welle W1, eine zweite Welle W2, eine dritte Welle W3 und eine vierte Welle W4 gebildet. Die vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS sind derart miteinander wirkverbunden, dass deren jeweilige Drehzahl W1n, W2n, W3n, W4n in der Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle W1, W2, W3, W4 in einem linearen Zusammenhang stehen. Ein solches kinematisches Verhalten kann beispielsweise mittels zweier Planetenradsätze realisiert werden, welche jeweils drei Elemente aufweisen. Zwei Elemente eines ersten der beiden Planetenradsätze sind dazu mit jeweils einem Element des anderen der beiden Planetenradsätze ständig verbunden. Die beiden Planetenradsätze können strukturell in einem einzigen Planetenradsatzsystem integriert sein, beispielsweise als Ravigneaux-Radsatz. Alternativ dazu können die beiden Planetenradsätze auch als Einzel-Planetenradsätze ausgebildet sein, wie beispielsweise bei einem Simpson-Radsatz. Durch Bezug auf die Position der jeweiligen Welle innerhalb der Reihenfolge des linearen Drehzahlzusammenhangs ist der Hauptradsatz HRS primär durch dessen Kinematik charakterisiert, und nicht durch dessen konkreten Aufbau.
Die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist mit der Abtriebswelle GW2 ständig verbunden. Durch Schließen des ersten Schaltelements 14 ist die Antriebswelle GW1 mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Die Antriebswelle GW1 ist ferner durch Schließen des sechsten Schaltelements 16 mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Durch Schließen des vierten Schaltelements 03 ist die erste Welle W1 gegenüber einem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G drehfest festsetzbar. Durch Schließen des fünften Schaltelements 04 ist die zweite Welle W2 gegenüber dem drehfesten Bauelement GG drehfest festsetzbar. Das drehfeste Bauelement GG kann beispielsweise durch ein Gehäuse des Getriebes G gebildet sein.
Der erste Vorschaltradsatz VRS1 ist wie der Hauptradsatz HRS als „Blackbox“ dargestellt, welche im Falle des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 jedoch nur drei Anschlusselemente umfasst. Ein erstes Anschlusselement des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 ist über das zweite Schaltelement 05 gegenüber dem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G drehfest festsetzbar. Die hier schaltbare Verbindung zwischen drehfestem Bauelement und erstem Anschlusselement des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 ist als erste Kopplung V11 bezeichnet. Ein zweites Anschlusselement des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 ist über eine zweite Kopplung V12 mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Ein drittes Anschlusselement des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 ist über eine dritte Kopplung V13 mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ständig verbunden. Der erste Vorschaltradsatz VRS1 ist dabei derart aufgebaut, dass durch Schließen des zweiten Schaltelements 05 ein erster Leistungspfad L1 zwischen der Antriebswelle GW1 und der ersten Welle W1 hergestellt wird. Ist das zweite Schaltelement 05 geöffnet, so wird über den ersten Leistungspfad L1 bis auf allfällige Schleppverluste keine Leistung zwischen der Antriebswelle GW1 und der ersten Welle W1 übertragen. Mittels des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 wird der ersten Welle W1 über den ersten Leistungspfad L1 eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 verringerte Drehzahl bereitgestellt. Zur Erfüllung dieser Funktionalität kann der erste Vorschaltradsatz VRS1 beispielsweise als Planetenradsatz aufgebaut sein.
Der zweite Vorschaltradsatz VRS2 ist wie der erste Vorschaltradsatz VRS1 als „Blackbox“ mit drei Anschlusselementen dargestellt. Ein erstes Anschlusselement des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 ist gegenüber dem drehfesten Bauelement GG des Getriebes G ständig drehfest festgesetzt. Die hier ständige Verbindung zwischen drehfestem Bauelement GG und erstem Anschlusselement des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 ist als erste Kopplung V21 bezeichnet. Ein zweites Anschlusselement des zweiten Vorschaltradsatzes VRS1 ist über eine zweite Kopplung V22 mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden. Ein drittes Anschlusselement des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 ist über eine dritte Kopplung V23 mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS schaltbar verbunden, wobei das dritte Schaltelement K in dieser schaltbaren Verbindung angeordnet ist. Der zweite Vorschaltradsatz VRS2 ist dabei derart aufgebaut, dass durch Schließen des dritten Schaltelements K ein zweiter Leistungspfad L2 zwischen der Antriebswelle GW1 und der vierten Welle W4 hergestellt wird. Ist das dritte Schaltelement K geöffnet, so wird über den zweiten Leistungspfad L2 bis auf allfällige Schleppverluste keine Leistung zwischen der Antriebswelle GW1 und der vierten Welle W4 übertragen. Mittels des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 wird der vierten Welle W4 über den zweiten Leistungspfad L2 eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 verringerte Drehzahl bereitgestellt. Zur Erfüllung dieser Funktionalität kann der zweite Vorschaltradsatz VRS2 beispielsweise als Planetenradsatz aufgebaut sein.
2 zeigt eine abstrahierte Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes G gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Anordnung des dritten Schaltelements K wurde gegenüber der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform verändert, sodass das dritte Schaltelement K nun in der ersten Koppelung V21 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 angeordnet ist. Die zweite und dritte Koppelung V22, V23 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 sind nun jeweils als ständige Verbindungen ausgebildet. Die Funktionsweise des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2, also die schaltbare Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 reduzierten Drehzahl, wird durch diese Veränderung nicht beeinträchtigt.
In gleicher Weise wurde gegenüber der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform die Anordnung des zweiten Schaltelements 05 verändert, sodass das zweite Schaltelement nun in der dritten Koppelung V13 des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 angeordnet ist. Die erste und zweite Koppelung V11, V12 sind dementsprechend als jeweils ständige Verbindung ausgeführt. Die Funktionsweise des ersten Vorschaltradsatzes VRS1, also die schaltbare Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 reduzierten Drehzahl, wird durch diese Veränderung nicht beeinträchtigt. Die in 2 dargestellte veränderte Anordnung des zweiten Schaltelements 05 ist dabei unabhängig von der veränderten Anordnung des dritten Schaltelements K möglich.
3 zeigt eine abstrahierte Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes G gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Anordnung des dritten Schaltelements K wurde gegenüber den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen erneut verändert, sodass das dritte Schaltelement K nun in der zweiten Koppelung V22 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 angeordnet ist. Die erste und dritte Koppelung V21, V23 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 sind nun jeweils als ständige Verbindungen ausgebildet. Die Funktionsweise des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2, also die schaltbare Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 reduzierten Drehzahl, wird durch diese Veränderung nicht beeinträchtigt.
In gleicher Weise wurde gegenüber den in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform die Anordnung des zweiten Schaltelements 05 verändert, sodass das zweite Schaltelement nun in der zweiten Koppelung V12 des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 angeordnet ist. Die erste und dritte Koppelung V11, V13 sind dementsprechend als jeweils ständige Verbindung ausgeführt. Die Funktionsweise des ersten Vorschaltradsatzes VRS1, also die schaltbare Bereitstellung einer im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 reduzierten Drehzahl, wird durch diese Veränderung nicht beeinträchtigt. Die in 3 dargestellte veränderte Anordnung des zweiten Schaltelements 05 ist dabei unabhängig von der veränderten Anordnung des dritten Schaltelements K möglich.
4 zeigt einen beispielhaften Drehzahlplan für das erfindungsgemäße Getriebe G. Im Drehzahlplan sind die Drehzahlen verschiedener Wellen des Getriebes G im Verhältnis zueinander dargestellt. In der Darstellung links ist ein beispielhafter Drehzahlplan der Drehzahlen V21n, V22n, V23n der Koppelungen V21, V22, V23 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 abgebildet. In der Darstellung rechts ist ein beispielhafter Drehzahlplan der Drehzahlen V11n, V12n, V13n der Koppelungen V11, V12, V13 des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 abgebildet. Die im Drehzahlplan beispielhaft gewählte Darstellung entspricht der Ausführung des Getriebes G gemäß 1. In der Mitte der Darstellung von 4 ist ein beispielhafter Drehzahlplan der Drehzahlen W1n, W2n, W3n, W4n der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle W1, W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS abgebildet.
Die Drehzahlpläne des ersten und zweiten Vorschaltradsatzes VRS1, VRS2 und des Hauptradsatzes HRS sind auf die Drehzahl der Antriebswelle GW1 normiert, welche beispielhaft den Wert n Eins annimmt. Ist eine Welle oder eine Koppelung drehfest festgesetzt, so nimmt die entsprechende Drehzahl dieser Welle oder der Koppelung den Wert n Null an. Nimmt eine Welle oder eine Koppelung einen Drehzahlwert n kleiner Null an, so dreht diese Welle, bzw. Koppelung mit einer anderen Drehrichtung als mit einem Drehzahlwert n größer Null.
Da in der Ausführungsform des Getriebes G gemäß 1 die Koppelung V21 zum drehfesten Bauelement GG durch eine ständige Verbindung gebildet ist, ist die Drehzahl V21n der Koppelung V21 gleich Null. Die Koppelung V22 wiederrum ist als ständige Verbindung zur Antriebswelle GW1 ausgebildet, sodass die Drehzahl V22n den Wert Eins annimmt, also der Drehzahl der Antriebswelle GW1 entspricht. Der zweite Vorschaltradsatz VRS2 ist zur Drehzahlreduktion eingerichtet, sodass die Drehzahl V23n der Koppelung V23 den Wert n2 annimmt. Der Wert n2 ist kleiner als Eins und größer als Null. Ist das dritte Schaltelement K geschlossen, so wird der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS über den zweiten Leistungspfad L2 eine Drehzahl W4n mit dem Wert n2 vorgegeben.
Die Koppelung V12 ist in der Ausführungsform des Getriebes G gemäß 1 als ständige Verbindung zur Antriebswelle GW1 ausgebildet, sodass die Drehzahl V12n den Wert Eins annimmt, also der Drehzahl der Antriebswelle GW1 entspricht. Wird das zweite Schaltelement 05 geschlossen, so wird die Koppelung V11 drehfest festgesetzt. Die Drehzahl V11n der Koppelung V11 nimmt daher den Wert n gleich Null an. Der erste Vorschaltradsatz VRS1 ist zur Drehzahlreduktion eingerichtet, sodass die Drehzahl V13n der Koppelung V13 den Wert n1 annimmt. Der Wert n1 ist kleiner als Eins und größer als Null, und zudem kleiner als der Wert n2. Ist das zweite Schaltelement 05 geschlossen, so wird der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS über den ersten Leistungspfad L1 eine Drehzahl W1n mit dem Wert n1 vorgegeben.
Der in 4 dargestellte Drehzahlplan ist für die Ausführungsformen gemäß 2 und 3 geringfügig abzuwandeln. Für eine Ausführung des Getriebes G gemäß 2 ist das dritte Schaltelement K an der Koppelungsdrehzahl V21n anzuordnen, und das zweite Schaltelement 05 an der Drehzahl W1n der ersten Welle W1. Für eine Ausführung des Getriebes G gemäß 3 ist das dritte Schaltelement K an der Koppelungsdrehzahl V22n anzuordnen, und das zweite Schaltelement 05 an der Koppelungsdrehzahl V12n.
Durch Schließen des ersten Schaltelements 14 entspricht die Drehzahl W2n der zweiten Welle W2 der Drehzahl der Antriebswelle GW1, und nimmt daher den Wert n gleich Eins an. In gleicher Weise nimmt die Drehzahl W4n der vierten Welle W4 die Drehzahl der Antriebswelle GW1 an, wenn das sechste Schaltelement 16 geschlossen ist. Das Schließen des vierten Schaltelements 03 bewirkt ein drehfestes Festsetzen der ersten Welle W1, sodass deren Drehzahl W1n den Wert n gleich Null annimmt. Das Schließen des fünften Schaltelements 04 bewirkt ein drehfestes Festsetzen der zweiten Welle W2, sodass deren Drehzahl W2n den Wert n gleich Null annimmt.
Die Gangbildung des Getriebes G wird durch Zusammenschau der in 5 und 6 dargestellten Schaltpläne und dem in 4 dargestellten Drehzahlplan deutlich. 5 zeigt eine Variante des Schaltplans mit zehn Vorwärtsgängen 1 bis 10 sowie einen Rückwärtsgang R1. 6 zeigt eine Variante des Schaltplans mit sieben Vorwärtsgängen 1.1 bis 7.1 sowie den Rückwärtsgang R1. Die Vorwärtsgänge 1.1 bis 7.1 entsprechen einer Teilmenge der Vorwärtsgänge 1 bis 10. In den Zeilen der Schaltschemata sind die Vorwärtsgänge 1 bis 10, bzw. 1.1 bis 7.1 sowie der Rückwärtsgang R1 angegeben. In den Spalten der Schaltschemata ist durch ein x gekennzeichnet, welche der Schaltelemente 03, 04, 05, 14, 16, K zur Bildung der Vorwärtsgänge 1 bis 10, bzw. 1.1 bis 7.1 sowie des Rückwärtsgangs R1 zu schließen sind.
7 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G. Darin umfasst der erste Vorschaltradsatz VRS1 einen Planetenradsatz P1, welcher als ein Plus-Radsatz ausgebildet ist. Der zweite Vorschaltradsatz VRS2 umfasst einen Planetenradsatz P2, welcher als ein Minus-Radsatz ausgebildet ist. 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. Ein Minus-Radsatz kann durch einen Plus-Radsatz ersetzt werden, indem die Zuordnung der an den Radsatz anschließenden Elemente zu Steg und Hohlrad vertauscht, und der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins erhöht wird.
Der Planetenradsatz P1 des ersten Vorschaltradsatzes VRS1 weist ein erstes Element E11, ein zweites Element E21 und ein drittes Element E31 auf. Das erste Element E11 ist dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 zugeordnet. Das zweite Element E21 ist dem Hohlrad des Planetenradsatzes P1 zugeordnet. Das dritte Element E31 ist dem Steg des Planetenradsatzes P1 zugeordnet. Die Koppelung V12 zwischen Antriebswelle GW1 und erstem Vorschaltradsatz VRS1 erfolgt demnach über das Sonnenrad des Planetenradsatzes P1. Die Koppelung V13 zwischen erster Welle W1 des Hauptradsatzes HRS und dem ersten Vorschaltradsatz VRS1 erfolgt demnach über das Hohlrad des Planetenradsatzes P1. Die Koppelung V11 zwischen dem drehfesten Bauelement GG und dem ersten Vorschaltradsatz VRS1 erfolgt über den Steg des Planetenradsatzes P1.
Der Planetenradsatz P2 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS1 weist ein erstes Element E12, ein zweites Element E22 und ein drittes Element E32 auf. Das erste Element E12 ist dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P2 zugeordnet. Das zweite Element E22 ist dem Steg des Planetenradsatzes P2 zugeordnet. Das dritte Element E32 ist dem Hohlrad des Planetenradsatzes P2 zugeordnet. Die Kopplung V22 zwischen Antriebswelle GW1 und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt dabei über das Hohlrad des Planetenradsatzes P2. Die Kopplung V21 zwischen dem drehfesten Bauelement GG und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt über das Sonnenrad des Planetenradsatzes P2. Die Kopplung V23 zwischen der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt über den Steg des Planetenradsatzes P2.
Der Hauptradsatz HRS umfasst zwei als Minus-Radsätze ausgebildete Planetenradsätze P1H, P2H, wobei die Planetenradsätze P1H, P2H des Hauptradsatzes HRS je ein erstes Element H11, H12, ein zweites Element H21, H22 und ein drittes Element H31, H32 aufweisen. Das erste Element H11, H12 ist durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1H, P2H gebildet ist. Das zweite Element H21, H22 ist durch einen Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1H, P2H gebildet. Das dritte Element H31, H32 ist durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1H, P2H gebildet. Das erste Element H12 des zweiten Planetenradsatzes P2H und das dritte Element H31 des ersten Planetenradsatzes P1H sind Bestandteile der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS. Das jeweils zweite Element H21, H22 der Planetenradsätze P1, P2 sind Bestandteile der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS. Das dritte Element H32 des zweiten Planetenradsatzes P2H ist Bestandteil der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS. Das erste Element H11 des ersten Planetenradsatzes P1H ist Bestandteil der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS.
Die Schaltelemente 14, 05, K, 03, 04, 16 des Getriebes G sind beispielhaft als reibschlüssige Schaltelemente dargestellt. Dies ist nur beispielhaft anzusehen. Einzelne oder alle Schaltelemente 14, 05, K, 03, 04, 16 können alternativ dazu als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
Der Hauptradsatz HRS ist axial zwischen dem ersten und zweiten Vorschaltradsatz VRS1, VRS2 angeordnet. Das erste und sechste Schaltelement 14, 16 sind axial zwischen dem Hauptradsatz HRS und dem ersten Vorschaltradsatz VRS1 angeordnet.
8 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Planetenradsatz P2 des zweiten Vorschaltradsatzes VRS2 ist nun als Plus-Radsatz ausgebildet. Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist weiterhin dessen Sonnenrad zugeordnet. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist nun dessen Hohlrad, und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 dessen Steg zugeordnet. Die Koppelung V21 zwischen drehfestem Bauelement GG und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt weiterhin über das Sonnenrad. Die Koppelung V23 zwischen der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt nun über das Hohlrad. Die Koppelung V22 zwischen der Antriebswelle GW1 und dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 erfolgt über den Steg. Das erste Schaltelement 14 ist nun axial zwischen dem zweiten Vorschaltradsatz VRS2 und dem Hauptradsatz HRS angeordnet, wodurch eine Betätigung des ersten Schaltelements 14 erleichtert wird. Das sechste Schaltelement 16 ist weiterhin axial zwischen dem Hauptradsatz HRS und dem ersten Vorschaltradsatz VRS1 angeordnet.
9 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des dritten Schaltelements K wurde verändert, sodass das dritte Schaltelement K nun in der Koppelung V21 zwischen dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P2 und dem drehfesten Bauelement GG angeordnet ist. Die beiden Koppelungen V22, V23 sind entsprechend als ständige Verbindungen ausgebildet.
10 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Analog zur Herangehensweise in 9 ist das dritte Schaltelement K nun in der Koppelung V21 angeordnet. Die beiden Koppelungen V22, V23 sind entsprechend als ständige Verbindungen ausgebildet.
11 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Lediglich die Anordnung des dritten Schaltelements K wurde verändert, sodass das dritte Schaltelement K nun in der Koppelung V22 zwischen dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes P2 und der Antriebswelle GW1 angeordnet ist. Die beiden Koppelungen V21, V23 sind entsprechend als ständige Verbindungen ausgebildet.
12 zeigt schematisch ein sechstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Analog zur Herangehensweise in 11 ist das dritte Schaltelement K nun in der Koppelung V22 angeordnet. Die beiden Koppelungen V21, V23 sind entsprechend als ständige Verbindungen ausgebildet.
Der in 7 bis 12 gezeigte Aufbau der Vorschaltradsätze VRS1, VRS2 und des Hauptradsatzes HRS ist lediglich beispielhaft anzusehen. Wie aus den Darstellungen in 1 bis 3 und dem Drehzahlplan in 4 deutlich hervorgeht, sind die Vorschaltradsätze VRS1, VRS2 und des Hauptradsatzes HRS primär durch ihre Funktion anstatt durch ihren konkreten Aufbau definiert. So könnte der Hauptradsatz HRS beispielsweise als Ravigneaux-Radsatz oder als Simpson-Radsatz aufgebaut sein. Der erste Vorschaltradsatz VRS1 könnte als Minus-Radsatz ausgebildet sein. Sollte ein Aufbau der Vorschaltradsätze VRS1, VRS2 und des Hauptradsatzes HRS mit allein koaxial angeordneten ständigen oder schaltbaren Verbindungen nicht möglich sein, so können Teile der Verbindungen oder auch andere Radsatzelemente auf achsparallel angeordnete Vorgelegewellen-Systeme angeordnet werden.
13 zeigt schematisch ein siebentes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Dem Getriebe G wurde dabei eine elektrische Maschine EM hinzugefügt, deren Rotor mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden ist. Die elektrische Maschine EM ist dabei koaxial zur Antriebswelle GW1 angeordnet, wobei der Rotor mit der Antriebswelle GW1 ständig drehfest verbunden ist. Das Getriebe G weist ferner eine Anschlusswelle AN auf, welche durch Schließen einer Trennkupplung K0 des Getriebes G mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist. Ein freies Ende der Anschlusswelle AN dient beispielsweise als drehmomentübertragende Schnittstelle zu einem getriebe-externen Verbrennungsmotor.
14 zeigt schematisch ein achtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes G, welches im Wesentlichen dem in 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Dem Getriebe G wurde dabei eine elektrische Maschine EM hinzugefügt, deren Rotor mit der Antriebswelle GW1 ständig verbunden ist. Die elektrische Maschine EM ist dabei achsparallel zur Antriebswelle GW1 angeordnet. Die ständige Verbindung zwischen Rotor und Antriebswelle GW1 erfolgt dabei über zwei Stirnräder ST1, ST2 welche miteinander kämmen. Anstatt der Stirnräder ST1, ST2 können auch andere Mittel zur Überbrückung des Achsabstands zwischen elektrischer Maschine EM und Antriebswelle GW1 vorgesehen sein, beispielsweise ein Kettentrieb. Durch eine solche Anordnung kann die axiale Baulänge des Getriebes G im Vergleich zu einer Anordnung gemäß 13 verkürzt werden. Dies ist besonders für die Anwendung des Getriebes G in einem Front-Quer oder Heck-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs von Bedeutung. Das Getriebe G gemäß 14 weist ebenso die Anschlusswelle AN auf, die über die Trennkupplung K0 mit der Antriebswelle GW1 verbindbar ist.
Die in 13 und 14 gewählte Darstellung des Getriebes G mit dem in 8 dargestellten Aufbau ist lediglich beispielhaft anzusehen. Jedes der Ausführungsbeispiele und auch weitere, nicht dargestellte Varianten des erfindungsgemäßen Getriebes G können derart um die elektrische Maschine EM ergänzt werden. Durch die Trennkupplung K0 kann ein mit der Anschlusswelle AN verbundener Verbrennungsmotor von der Antriebswelle GW1 abgekoppelt werden, sodass dieser bei Antrieb eines Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Maschine EM des Getriebe G nicht mitgeschleppt werden muss.
Im Drehmomentpfad zwischen Rotor der elektrischen Maschine EM und Antriebswelle GW1 kann auch eine Kupplung zum schaltbaren Trennen dieses Drehmomentpfads vorgesehen sein. Dadurch kann die Massenträgheit des Rotors vom Antriebstrang des Kraftfahrzeugs abgekoppelt werden.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann im Drehmomentpfad zwischen Rotor der elektrischen Maschine EM und Antriebswelle GW1 ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen sein, mittels dem die Drehzahl des Rotors im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle GW1 erhöht wird. Das Übersetzungsgetriebe kann beispielsweise durch einen Planetenradsatz gebildet sein. Bei einer achsparallelen Anordnung der elektrischen Maschine können Durchmesser der Stirnräder ST1, ST2 oder der Kettenräder des Kettentriebs entsprechend gewählt werden, um diese Übersetzungswirkung zu erzielen.
15 zeigt schematisch den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Ein Verbrennungsmotor VM ist mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden. Die Anschlusswelle AN weist zwei Abschnitte auf, welche durch einen Torsionsschwingungsdämpfer TS miteinander verbunden sind. Die Abtriebswelle GW2 weist eine Kettenverzahnung auf. Über einen Kettentrieb KT ist die Abtriebswelle GW2 mit einem Tellerrad eines Differentialgetriebe AG ständig verbunden. Über das Differentialgetriebe AG wird die Abtriebswellenleistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Das in 15 dargestellte Getriebe G entspricht im Wesentlichen dem in 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, ergänzt um eine radial außerhalb des dritten Schaltelements K angeordnete elektrische Maschine EM. Dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Der Antriebsstrang könnte mit jedem der Ausführungsbeispiele, mit oder ohne elektrische Maschine EM aufgebaut sein. Auch die ständige Verbindung zwischen Abtriebswelle GW2 und Tellerrad des Differentialgetriebes AG ist nur beispielhaft anzusehen. Anstatt des Kettentriebs KT kann ein einstufiger oder mehrstufiger Stirnradtrieb vorgesehen sein. Zur weiteren Übersetzungsanpassung zwischen Abtriebswelle GW2 und Tellerrad kann ein Planetenradsatz vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GW1: Antriebswelle
GW2: Abtriebswelle
VRS1: Erster Vorschaltradsatz
V11: Erste Koppelung
V12: Zweite Koppelung
V13: Dritte Koppelung
V11n: Drehzahl der ersten Koppelung
V12n: Drehzahl der zweiten Koppelung
V13n: Drehzahl der dritten Koppelung
P1: Planetenradsatz
E11: Erstes Element
E21: Zweites Element
E31: Drittes Element
L1: Erster Leistungspfad
n1: Erste Drehzahl
VRS2: Zweiter Vorschaltradsatz
V21: Erste Koppelung
V22: Zweite Koppelung
V23: Dritte Koppelung
V21n: Drehzahl der ersten Koppelung
V22n: Drehzahl der zweiten Koppelung
V23n: Drehzahl der dritten Koppelung
P2: Planetenradsatz
E12: Erstes Element
E22: Zweites Element
E32: Drittes Element
L2: Zweiter Leistungspfad
n2: Zweite Drehzahl
HRS: Hauptradsatz
W1: Erste Welle des Hauptradsatzes
W2: Zweite Welle des Hauptradsatzes
W3: Dritte Welle des Hauptradsatzes
W4: Vierte Welle des Hauptradsatzes
W1n: Drehzahl der ersten Welle des Hauptradsatzes
W2n: Drehzahl der zweiten Welle des Hauptradsatzes
W3n: Drehzahl der dritten Welle des Hauptradsatzes
W4n: Drehzahl der vierten Welle des Hauptradsatzes
P1H: Erster Planetenradsatz des Hauptradsatzes
P2H: Zweiter Planetenradsatz des Hauptradsatzes
H11: Erstes Element
H21: Zweites Element
H31: Drittes Element
H12: Erstes Element
H22: Zweites Element
H32: Drittes Element
14: Erstes Schaltelement
05: Zweites Schaltelement
K: Drittes Schaltelement
03: Viertes Schaltelement
05: Fünftes Schaltelement
16: Sechstes Schaltelement
GG: Drehfestes Bauelement
1 bis 10: Erster bis zehnter Vorwärtsgang
1.1 bis 7.1: Erster bis siebenter Vorwärtsgang
R1: Rückwärtsgang
EM: Elektrische Maschine
ST1, ST2: Stirnräder
AN: Anschlusswelle
K0: Trennkupplung
VM: Verbrennungsmotor
TS: Torsionsschwingungsdämpfer
AG: Differentialgetriebe
KT: Kettentrieb
DW: Antriebsrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012207017 A1 [0002]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Getriebe (G) eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GW2), einen ersten Vorschaltradsatz (VRS1), einen Hauptradsatz (HRS) sowie mehrere Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 16, K) umfasst, - wobei der Hauptradsatz (HRS) eine erste, zweite, dritte und vierte Welle (W1, W2, W3, W4) umfasst, die derart miteinander wirkverbunden sind, dass deren jeweilige Drehzahl (W1n, W2n, W3n, W4n) in der Reihenfolge erste, zweite, dritte Welle (W1, W2, W3, W4) in einem linearem Zusammenhang stehen, - wobei die Abtriebswelle (GW2) mit der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, - wobei die Antriebswelle (GW1) durch Schließen von einem ersten (14) der Schaltelemente mit zumindest einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, - wobei durch Schließen von einem zweiten (05) der Schaltelemente ein erster mechanischer Leistungspfad (L1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) herstellbar ist, wobei der erste Vorschaltradsatz (VRS1) im ersten Leistungspfad (L1) angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1) reduzierte erste Drehzahl (n1) bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass - das Getriebe (G) einen zweiten Vorschaltradsatz (VRS2) aufweist, wobei durch Schließen von einem dritten (K) der Schaltelemente ein zweiter mechanischer Leistungspfad (L2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) herstellbar ist, wobei der zweite Vorschaltradsatz (VRS2) im zweiten Leistungspfad (L2) angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine im Vergleich zur Drehzahl der Antriebswelle (GW1) reduzierte zweite Drehzahl (n2) bereitzustellen, und - wobei der Hauptradsatz (HRS) axial zwischen dem ersten und dem zweiten Vorschaltradsatz (VRS1, VRS2) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehzahl (n1) kleiner ist als die zweite Drehzahl (n2).
Getriebe (G) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - durch Schließen des ersten Schaltelements (14) die Antriebswelle (GW1) mit der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei - durch Schließen des zweiten Schaltelements (05) der erste Leistungspfad (L1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) herstellbar ist, und wobei - durch Schließen des dritten Schaltelements (K) der zweite Leistungspfad (L2) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) herstellbar ist.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - durch Schließen eines vierten (03) der Schaltelemente die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) drehfest festsetzbar ist, wobei - durch Schließen eines fünften (04) der Schaltelemente die zweite Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) drehfest festsetzbar ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen eines sechsten (16) der Schaltelemente die Antriebswelle (GW1) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 16, K) mehrere Vorwärtsgänge (1 bis 10) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich - ein erster Vorwärtsgang (1) durch Schließen des fünften und dritten Schaltelements (04, K) ergibt, - ein zweiter Vorwärtsgang (2) durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (04, 16), - ein dritter Vorwärtsgang (3) durch Schließen des vierten und dritten Schaltelements (03, K), - ein vierter Vorwärtsgang (4) durch Schließen des vierten und sechsten Schaltelements (03, 16), - ein fünfter Vorwärtsgang (5) durch Schließen des zweiten und dritten Schaltelements (05, K), - ein sechster Vorwärtsgang (6) durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements (05, 16), - ein siebenter Vorwärtsgang (7) durch Schließen des ersten und dritten Schaltelements (14, K), - ein achter Vorwärtsgang (8) durch Schließen des ersten und sechsten Schaltelements (14, 16), - ein neunter Vorwärtsgang (9) durch Schließen des zweiten und ersten Schaltelements (05, 14), und - ein zehnter Vorwärtsgang (10) sich durch Schließen des vierten und ersten Schaltelements (03, 14) ergibt.
Getriebe (G) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen der sechs Schaltelemente (03, 04, 05, 14, 16, K) sieben Vorwärtsgänge (1.1 bis 7.7) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei sich - ein erster Vorwärtsgang (1.1) durch Schließen des fünften und dritten Schaltelements (04, K) ergibt, - ein zweiter Vorwärtsgang (2.1) durch Schließen des fünften und sechsten Schaltelements (04, 16), - ein dritter Vorwärtsgang (3.1) durch Schließen des vierten und sechsten Schaltelements (03, 16), - ein vierter Vorwärtsgang (4.1) durch Schließen des zweiten und sechsten Schaltelements (05, 16), - ein fünfter Vorwärtsgang (5.1) durch Schließen des ersten und sechsten Schaltelements (14, 16), - ein sechster Vorwärtsgang (6.1) durch Schließen des zweiten und ersten Schaltelements (05, 14), und - ein siebenter Vorwärtsgang (7.1) sich durch Schließen des vierten und ersten Schaltelements (03, 14) ergibt.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Vorschaltradsatz (VRS2) einen Planetenradsatz (P2) mit einem ersten, zweiten und dritten Element (E12, E22, E32) umfasst, wobei dem Planetenradsatz (P2) eine erste, zweite und dritte Koppelung (V21, V22, V23) zugeordnet sind, wobei - die erste Koppelung (V21) zwischen dem ersten Element (E12) und einem drehfesten Bauelement (GG) des Getriebes (G), - die zweite Koppelung (V22) zwischen dem dritten Element (E32) und der Antriebswelle (GW1), und - die dritte Koppelung (V23) zwischen dem zweiten Element (E22) und der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) besteht, wobei zwei der drei Koppelungen (V21, V22, V23) durch je eine ständige Verbindung ausgebildet sind, und die verbleibende der drei Koppelungen (V21, V22, V23) durch eine mittels des dritten Schaltelements (K) schaltbare Verbindung ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Zuordnung der drei Elemente (E12, E22, E32) des Planetenradsatzes (P2) des zweiten Vorschaltradsatzes (VRS2): - erstes Element (E12): Sonnenrad; - zweites Element (E22): Steg bei als Minus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P2), Hohlrad bei als Plus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P2); - drittes Element (E32): Hohlrad bei als Minus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P2), Steg bei als Plus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P2).
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Vorschaltradsatz (VRS1) einen Planetenradsatz (P1) mit einem ersten, zweiten und dritten Element (E11, E21, E31) aufweist, wobei dem Planetenradsatz (P1) eine erste, zweite und dritte Koppelung (V11, V12, V13) zugeordnet sind, wobei - die erste Koppelung (V11) zwischen dem dritten Element (E31) und einem drehfesten Bauelement (GG) des Getriebes (G), - die zweite Koppelung (V12) zwischen dem ersten Element (E11) und der Antriebswelle (GW1), und - die dritte Koppelung (V13) zwischen dem zweiten Element (E21) und der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) besteht, wobei zwei der drei Koppelungen (V11, V12, V13) durch je eine ständige Verbindung ausgebildet sind, und die verbleibende der drei Koppelungen (V11, V12, V13) durch eine mittels des zweiten Schaltelements (05) schaltbare Verbindung ausgebildet ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch folgende Zuordnung der drei Elemente (E11, E21, E31) des Planetenradsatzes (P1): - erstes Element (E11): Sonnenrad; - zweites Element (E21): Steg bei als Minus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P1), Hohlrad bei als Plus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P1); - drittes Element (E31): Hohlrad bei als Minus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P1), Steg bei als Plus-Radsatz ausgebildetem Planetenradsatz (P1).
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptradsatz (HRS) aus zwei Planetenradsätzen (P1H, P2H) gebildet ist, wobei zwei Elemente eines der beiden Planetenradsätze (P1H, P2H) des Hauptradsatzes (HRS) mit jeweils einem Element des anderen der beiden Planetenradsätze (P1H, P2H) ständig verbunden sind.
Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptradsatz (HRS) zwei Planetenradsätze (P1H, P2H) umfasst, wobei die Planetenradsätze (P1H, P2H) des Hauptradsatzes (HRS) je ein erstes Element (H11, H12), ein zweites Element (H21, H22) und ein drittes Element (H31, H32) aufweisen, wobei das erste Element (H11, H12) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1H, P2H) gebildet ist, wobei das zweite Element (H21, H22) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1H, P2H) gebildet ist, wobei das dritte Element (H31, H32) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1H, P2H) gebildet ist, - wobei das erste Element (H12) des zweiten (P2H) der Planetenradsätze und das dritte Element (H31) des ersten (P1H) der Planetenradsätze Bestandteile der ersten Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) sind, - wobei das jeweils zweite Element (H21, H22) der Planetenradsätze (P1H, P2H) Bestandteile der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) sind, - wobei das dritte Element (H32) des zweiten (P2H) der Planetenradsätze Bestandteil der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) ist, und - wobei das erste Element (H11) des ersten (P1H) der Planetenradsätze Bestandteil der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist.
Getriebe (G) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenradsatz (P1H) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (P2H) angeordnet ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) eine elektrische Maschine (EM) aufweist, deren Rotor mit der Antriebswelle (GW1) entweder ständig oder schaltbar verbunden ist.
Getriebe (G) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) als drehmomentführende Schnittstelle zu einem getriebe-externen Verbrennungsmotor (VM) eine Anschlusswelle (AN) aufweist, welche durch Schließen einer Trennkupplung (K0) mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist, wobei 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 16.