DE102017222711B4 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM), eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GWA), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1, P2) je ein erstes Element (E11, E12), je ein zweites Element (E21, E22) und je ein drittes Element (E31, E32) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22) im Falle eines Minus-Planetensatzes durch einen Planetensteg und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32) im Falle eines Minus-Planetensatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch den Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei ein erstes (A), ein zweites (B), ein drittes (C), ein viertes (D) und ein fünftes Schaltelement (E) vorgesehen sind, wobei die Elektromaschine (EM) mit der Antriebswelle (GW1), mit der Abtriebswelle (GWA) oder mindestens einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) der Planetenradsätze (P1, P2) in Verbindung steht, und wobei die Antriebswelle (GW1) über das erste Schaltelement (A) drehfest mit dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) in Verbindung bringbar ist, welches mittels des zweiten Schaltelements (B) festsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet,- dass die Antriebswelle (GW1) zudem drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist,- dass die Abtriebswelle (GWA) drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist,- und dass die Antriebswelle (GW1) über das dritte Schaltelement (C) drehfest mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) in Verbindung bringbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, wobei der erste und der zweite Planetenradsatz je ein erstes Element, je ein zweites Element und je ein drittes Element aufweisen, wobei das erste Element durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist, wobei das zweite Element im Falle eines Minus-Planetensatzes durch einen Planetensteg und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist, wobei das dritte Element im Falle eines Minus-Planetensatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch den Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen sind, wobei die Elektromaschine mit der Antriebswelle, mit der Abtriebswelle oder mindestens einem der Elemente der Planetenradsätze in Verbindung steht, und wobei die Antriebswelle über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung bringbar ist, welches mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein vorgenanntes Getriebe zur Anwendung kommt, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.
  • Bei Hybridfahrzeugen sind Getriebe bekannt, welche neben einem Radsatz auch eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle 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. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Dabei werden die Gänge des Getriebes zumeist auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden.
  • Aus der US 5 911 642 A geht ein Getriebe hervor, welches neben einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle zwei Planetenradsätze, sechs Schaltelemente und eine Elektromaschine umfasst. Die Antriebswelle kann dabei durch Schließen eines ersten Schaltelements drehfest mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden, wobei das erste Element des ersten Planetenradsatzes zudem über ein zweites Schaltelement festgesetzt werden kann. Durch selektive Betätigung der Schaltelemente können dabei unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle dargestellt werden, wobei durch Einbindung der Elektromaschine dabei zudem eine Hybridfunktion realisierbar ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit welchem bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Betriebsmodi auf geeignete Art und Weise dargestellt werden können.
  • 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 ist zudem Gegenstand von Anspruch 14. Des Weiteren haben die Ansprüche 15 und 16 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes zum Gegenstand.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Elektromaschine, eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Die beiden Planetenradsätze umfassen mehrere Elemente, wobei jedem der Planetenradsätze dabei jeweils ein erstes Element, jeweils ein zweites Element und jeweils ein drittes Element zugeordnet sind. Das erste Element ist dabei durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet, während das zweite Element im Falle eines Minus-Planetenradsatzes durch einen Planetensteg und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet ist. Das dritte Element liegt im Falle eines Minus-Planetenradsatzes als Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetenradsatzes als Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes vor.
  • Die Planetenradsätze können, sofern es eine Anbindung der Elemente ermöglicht, also im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Ein Minus-Planetensatz setzt sich dabei 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 drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.
  • Alternativ dazu könnten aber einer oder auch beide Planetenradsätze, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen 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.
  • 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 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 Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Besonders bevorzugt liegen aber beide Planetenradsätze als Minus-Planetensätze vor.
  • Zudem sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes und ein fünftes Schaltelement vorgesehen sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge dargestellt werden können. Besonders bevorzugt können dabei vom Übersetzungsverhältnis her genau drei unterschiedliche Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle gebildet werden. Ferner steht die Elektromaschine mit der Antriebswelle, mit der Abtriebswelle oder mindestens einem der Elemente der Planetenradsätze in Verbindung. Des Weiteren kann die Antriebswelle über das erste Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden, welches mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist.
  • Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse gemeint, entlang welcher die Planetenradsätze koaxial zueinander liegend angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer Welle zu verstehen, die auf dieser Längsmittelachse liegt.
  • Bevorzugt weist die Abtriebswelle des Getriebes eine Verzahnung auf, über welche die Abtriebswelle dann im Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem achsparallel zur Abtriebswelle angeordneten Differentialgetriebe in Wirkverbindung steht. Hierbei ist die Verzahnung bevorzugt an einer Anschlussstelle der Abtriebswelle vorgesehen, wobei diese Anschlussstelle der Abtriebswelle insbesondere axial im Bereich eines Endes des Getriebes liegt, an welchem auch eine die Verbindung zur vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der Antriebswelle vorgesehen ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Alternativ dazu könnte ein Abtrieb des Getriebes prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der Antriebswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes vorgesehen sein. Dabei ist eine Anschlussstelle der Abtriebswelle dann an einem axialen Ende der Abtriebswelle koaxial zu einer Anschlussstelle der Antriebswelle ausgestaltet, so dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert sind. Ein derartig gestaltetes Getriebe eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang. Die Antriebswelle, und die Abtriebswelle liegen in beiden vorgenannten Fällen bevorzugt koaxial zueinander.
  • Die Planetenradsätze sind bevorzugt axial auf die Anschlussstelle der Antriebswelle folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet. Allerdings kann im Rahmen der Erfindung auch eine anderweitige Anordnung der Planetenradsätze getroffen sein. Zudem sind die Planetenradsätze bevorzugt koaxial zu der Antriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehen.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Antriebswelle zudem drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Ferner ist die Abtriebswelle drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während die Antriebswelle über das dritte Schaltelement drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht werden kann.
  • Mit anderen Worten ist bei dem erfindungsgemäßen Getriebe also die Antriebswelle ständig drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wohingegen die Abtriebswelle permanent drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht.
  • Durch Schließen des ersten Schaltelements wird die Antriebswelle drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während ein Betätigen des zweiten Schaltelements ein Festsetzen des ersten Elements des ersten Planetenradsatzes nach sich zieht. Im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements wird die Antriebswelle zudem drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht.
  • Vorliegend sind also das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement als Kupplungen gestaltet, die bei Betätigung jeweils die jeweils hieran unmittelbar anknüpfenden Komponenten des Getriebes gegebenenfalls in ihren Drehbewegungen angleichen und anschließend drehfest miteinander verbinden. Dagegen liegt das zweite Schaltelement als Bremse vor, welche im geschlossenen Zustand die hieran unmittelbar anknüpfende Komponente festsetzt und in der Folge an einer Drehbewegung hindert.
  • Bevorzugt ist das erste Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz vorgesehen, während das zweite Schaltelement insbesondere axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes platziert ist. Das dritte Schaltelement wird bevorzugt axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes angeordnet.
  • Eine jeweilige drehfeste Verbindung der rotierbaren Komponenten des Getriebes ist erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die dabei bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.
  • Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.
  • Ein Festsetzen erfolgt insbesondere durch drehfestes Verbinden mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.
  • Unter der „Verbindung“ der Elektromaschine mit der Antriebswelle, der Abtriebswelle oder mindestens einem der Elemente der Planetenradsätze ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen einem Rotor der Elektromaschine und der jeweiligen Komponente des Getriebes eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.
  • Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Verluste aus.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Element des zweiten Planetenradsatzes festgesetzt, wohingegen die Abtriebswelle mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht und über das fünfte Schaltelement drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden kann. In diesem Fall ist also das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ständig festgesetzt und wird damit auch permanent an einer Drehbewegung gehindert. Zudem wird durch Schließen des vierten Schaltelements eine drehfeste Verbindung der Abtriebswelle mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes hergestellt, während eine Betätigung des fünften Schaltelements eine drehfeste Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle nach sich zieht.
  • Besonders bevorzugt sind dabei das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement axial zwischen dem ersten Planetenradsatz vorgesehen, wobei hierbei weiter bevorzugt das vierte Schaltelement axial benachbart zum ersten Planetenradsatz liegt und hierauf dann axial zunächst das fünfte Schaltelement und dann das erste Schaltelement folgen.
  • Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, wohingegen das erste Element des zweiten Planetenradsatzes über das vierte Schaltelement festgesetzt werden kann. Des Weiteren können das erste Element und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes mittels des fünften Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden. Bei dieser Variante ist also die Abtriebswelle ständig drehfest mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, während das erste Element des zweiten Planetenradsatzes erst durch Schließen des vierten Schaltelements festgesetzt und in der Folge an einer Drehbewegung gehindert wird. Außerdem werden bei einem Schließen des fünften Schaltelements entweder das erste Element und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbunden, was in beiden Fällen jeweils ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes zur Folge hat.
  • Besonders bevorzugt sind das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement hierbei axial auf einer dem ersten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes vorgesehen. Allerdings kann im Rahmen der Erfindung das fünfte Schaltelement auch axial zwischen dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz vorgesehen sein.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist ein Rotor der Elektromaschine drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Alternativ dazu ist der Rotor über mindestens eine Übersetzungsstufe permanent mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Prinzipiell kann die Elektromaschine entweder koaxial zu dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes oder achsversetzt zu diesem liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit diesem gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringeren Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein. Bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine können die Planetenradsätze dann zudem weiter bevorzugt zumindest zum Teil axial im Bereich der Elektromaschine sowie radial innen liegend zu dieser angeordnet sein, so dass sich die axiale Baulänge des Getriebes verkürzen lässt.
  • Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere in Kombination mit der vorstehend beschriebenen Anordnung der Elektromaschine, ergeben sich durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente drei Gänge zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle. So kann ein erster Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des zweiten und des dritten Schaltelements dargestellt werden, während sich ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle in einer ersten Variante durch Schließen des zweiten und des fünften Schaltelements ergibt. Darüber hinaus kann der zweite Gang noch in einer zweiten Variante durch Betätigen des ersten und des fünften Schaltelements, in einer dritten Variante durch Schließen des dritten und des fünften Schaltelements, in einer vierten Variante durch Betätigen des ersten und des dritten Schaltelements sowie in einer fünften Variante durch Schließen des fünften Schaltelements geschaltet werden. Bei der fünften Variante ergibt sich bereits der zweite Gang, da dann die Antriebswelle und die Abtriebswelle drehfest miteinander verbunden sind. In vorteilhafter Weise ist dabei dann eine an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes angebundene Elektromaschine abgekoppelt, so dass ein reines Fahren über die vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert und somit Nulllastverluste der Elektromaschine vermieden werden können. Allerdings ist bei den ersten vier Varianten des zweiten Ganges die Elektromaschine mit eingebunden, so dass Hybridfunktionen dargestellt werden können.
  • Der dritte Gang zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wird in einer ersten Variante durch Betätigen des zweiten und des vierten Schaltelements, in einer zweiten Variante durch Betätigen des ersten und des vierten Schaltelements, in einer dritten Variante durch Schließen des dritten und des vierten Schaltelements sowie in einer vierten Variante durch Betätigen des vierten Schaltelements geschaltet. In der letzten Variante ist eine an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes angebundene Elektromaschine abgekoppelt, während bei geschlossenem, vierten Schaltelement die Antriebswelle und die Abtriebswelle über den zweiten Planetenradsatz miteinander gekoppelt sind. Insofern können hier Nulllastverluste der Elektromaschine vermieden werden. In den ersten drei Varianten des dritten Ganges ist die Elektromaschine hingegen durch die zusätzliche Betätigung eines weiteren Schaltelements mit eingebunden, so dass Hybridfunktionen realisierbar sind.
  • Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Dabei können Schaltungen zwischen den Gängen verwirklicht werden, bei welchen stets nur der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren ist, indem eines der am vorhergehenden Gang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Ganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann.
  • Bei Verbindung der Elektromaschine mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes lassen sich außerdem unterschiedliche Betriebsmodi auf einfache Art und Weise verwirklichen:
    • So kann ein erster Gang zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, wobei sich dieser erste Gang durch Schließen des zweiten Schaltelements ergibt. Dadurch ist der Rotor der Elektromaschine über den ersten Planetenradsatz mit der Abtriebswelle gekoppelt, wobei eine Übersetzung dieses ersten Ganges einer Übersetzung des ersten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht.
  • Ausgehend von einem rein elektrischen Fahren im ersten, zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle wirksamen Gang kann dann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in den ersten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang oder in die erste Variante des zweiten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges oder in die erste Variante des dritten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges jeweils zugestartet werden, da an diesen jeweils das zweite Schaltelement beteiligt ist.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem lediglich das dritte Schaltelement geschlossen und damit eine drehfeste Verbindung der Antriebswelle mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes und damit auch eine Verbindung mit der Elektromaschine hergestellt wird. Dabei laufen die Antriebswelle und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes gleich schnell. Gleichzeitig ist dabei kein Kraftschluss zur Abtriebswelle hergestellt, so dass sich das Getriebe in einer Neutralstellung befindet. Abgesehen von einem Ladebetrieb kann hierdurch auch ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine über die Elektromaschine verwirklicht werden.
  • Des Weiteren können Lastschaltungen mit Zugkraftstützung dargestellt werden: beim Gangwechsel zwischen dem ersten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang und der ersten Variante des zweiten, zwischen der Antriebswelle und Abtriebswelle wirksamen Ganges kann die Zugkraft bei geschlossenem, zweiten Schaltelement über die Elektromaschine gestützt werden, wobei die Synchronisation des zu schließenden Schaltelements dabei über eine Drehzahlregelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine erfolgt. Alternativ kann dies aber auch durch synchronisierte Schaltelemente oder auch durch eine andere, separate Synchronisationseinrichtung erfolgen, wie zum Beispiel eine Getriebebremse oder auch eine weitere Elektromaschine, die dabei direkt oder indirekt mit der Antriebswelle wirkverbunden sein kann. Wird antriebsseitig der Antriebswelle zudem ein weiteres Schaltelement als Trennkupplung vorgesehen, kann die Trägheitsmasse der vorgeschalteten Antriebsmaschine während der Synchronisierung abgekoppelt werden. Ebenso kann auch ein Gangwechsel zwischen der ersten Variante des zweiten Ganges und der ersten Variante des dritten Ganges unter Last bei geschlossenem, zweiten Schaltelement realisiert werden.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle und damit die vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dazu wird das erste Schaltelement geschlossen, so dass die Antriebsmaschine über das erste Element des ersten Planetenradsatzes antreibt und gleichzeitig die Elektromaschine am dritten Element des ersten Planetenradsatzes abstützt, während ein Abtrieb über das zweite Element des ersten Planetenradsatzes erfolgt. Durch Abstützen des Drehmoments über die Elektromaschine kann dabei ein Anfahren für Vorwärtsfahrt verwirklicht werden. Aus diesem Anfahrmodus heraus kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine dabei in die zweite Variante oder in die vierte Variante des zweiten Ganges oder in die zweite Variante des dritten Ganges gelangen.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe kann zudem so betrieben werden, dass beim Fahren eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine erreicht wird. So kann zunächst hybridisch in der ersten Variante des dritten Ganges gefahren werden, indem entweder nach einer über die Elektromaschine drehmomentgestützten Schaltung vom zweiten in den dritten Gang oder nach einem Zustarten der Antriebsmaschine in den dritten Gang das zweite Schaltelement zunächst geschlossen bleibt. Um nun aber eine Drehzahl der Elektromaschine im dritten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante des dritten Ganges in die zweite Variante des dritten Ganges umgeschaltet werden, da hier der Rotor der Elektromaschine eine geringere Drehzahl aufweist als in der ersten Variante des dritten Ganges. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei geschlossenem, vierten Schaltelement. Zunächst wird dabei das lastfreie, zweite Schaltelement ausgelegt und im Folgenden das lastfreie, erste Schaltelement eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung dabei durch Drehzahlregelung der Elektromaschine erfolgt.
  • Ist zudem zwischen dem Getriebe und der vorgeschalteten Antriebsmaschine eine Trennkupplung vorgesehen, so kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in der zweiten Variante des dritten Ganges abgekoppelt werden, um auch aus höheren Fahrgeschwindigkeiten heraus ein regeneratives Bremsen über die Elektromaschine darzustellen, während die vorgeschaltete Antriebsmaschine abgekoppelt oder abgeschaltet ist.
  • Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass zudem ein sechstes Schaltelement vorgesehen ist, welches bei Betätigung zwei der drei Elemente des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. Mit anderen Worten verfügt das Getriebe also zusätzlich über ein sechstes Schaltelement, welches im geschlossenen Zustand ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes hervorruft, indem das sechste Schaltelement bei Betätigung das erste Element und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes oder das zweite Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes oder das erste Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet. Dieses als Kupplung ausgeführte, sechste Schaltelement ist hierbei bevorzugt axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes vorgesehen und liegt hierbei insbesondere axial zwischen dem zweiten Schaltelement und dem ersten Planetenradsatz.
  • Durch Vorsehen des sechsten Schaltelements können dabei weitere Varianten des zweiten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges sowie auch eine weitere Variante des dritten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges dargestellt werden. So ergibt sich der zweite Gang zudem in einer sechsten Variante durch Schließen des fünften und des sechsten Schaltelements, in einer siebten Variante durch Betätigen des ersten und des sechsten Schaltelements sowie in einer achten Variante durch Schließen des dritten und des sechsten Schaltelements. Eine fünfte Variante des dritten Ganges wird durch Betätigen des vierten und des sechsten Schaltelements geschaltet.
  • In Kombination mit der Ausführungsform, nach welcher der Rotor der Elektromaschine an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes angebunden ist, kann zudem ein zweiter Gang zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle durch Betätigen des sechsten Schaltelements geschaltet werden. Aufgrund des dann verblockten, ersten Planetenradsatzes ist die Abtriebswelle dann direkt drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, so dass auch der Rotor bei drehfester Anbindung an dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes direkt drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Eine Übersetzung des zweiten, zwischen dem Rotor und der Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht dabei einer Übersetzung des zweiten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges.
  • Ausgehend von dem zweiten, zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle wirksamen Ganges kann ein Zustarten der vorgeschalteten Antriebsmaschine in die sechste Variante, in die siebte Variante oder auch in die achte Variante des zweiten Ganges sowie in die fünfte Variante des dritten Ganges realisiert werden, da an diesen jeweils ebenfalls das sechste Schaltelement beteiligt ist.
  • Zusätzlich kann eine Drehzahlabsenkung des Rotors der Elektromaschine durch Umschalten von der ersten Variante des dritten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges in die fünfte Variante des dritten Ganges verwirklicht werden. Dazu wird nach einer elektrisch gestützten Schaltung vom zweiten in den dritten Gang oder einem Zustart der Antriebsmaschine in den dritten Gang von der ersten Variante des dritten Ganges in die fünfte Variante umgeschaltet, in welcher der Rotor eine geringere Drehzahl aufweist als in der ersten Variante des dritten Ganges. Dabei erfolgt diese Umschaltung mit Erhaltung der Zugkraft über die vorgeschaltete Antriebsmaschine bei geschlossenem, vierten Schaltelement, wobei das lastfreie, zweite Schaltelement ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, sechste Schaltelement eingelegt wird. Die Drehzahlanpassung erfolgt dabei durch Drehzahlregelung über die Elektromaschine.
  • Dabei ist außerdem zur Abkoppelung der vorgeschalteten Antriebsmaschine kein separates Schaltelement erforderlich, da die vorgeschaltete Antriebsmaschine in der fünften Variante des dritten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges durch Öffnen des vierten Schaltelements abgekoppelt werden kann. Hierdurch wird dann der zweite Gang realisiert, welcher zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Abtriebswelle wirksam ist. Darüber hinaus kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung vom dritten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang in den zweiten, zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Gang vorbereitet werden, indem zunächst von der fünften Variante in die erste Variante des dritten Ganges gewechselt und dabei die Zugkraft bei geschlossenem vierten Schaltelement über die vorgeschaltete Antriebsmaschine erhalten wird. In der ersten Variante des dritten Ganges ist dann wiederum das zweite Schaltelement geschlossen, welches benötigt wird, um im Zuge der Rückschaltung vom dritten in den zweiten Gang die Zugkraft über die Elektromaschine zu stützen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt entweder als Klauenschaltelement oder als Sperrsynchronisation ausgeführt. Formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass im geöffneten Zustand geringere Schleppverluste auftreten, so dass sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe alle Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente verwirklicht, so dass sich möglichst geringe Schleppverluste erreichen lassen. Prinzipiell könnte aber auch eines oder mehrere Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente und hierbei insbesondere als Lamellenschaltelemente ausgeführt sein.
  • Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist. Dabei kann über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement und andererseits das fünfte Schaltelement betätigt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch dieses Zusammenfassen die Anzahl an Betätigungselementen reduziert und damit auch der Herstellungsaufwand gemindert werden kann.
  • Ergänzend dazu können auch das erste und das dritte Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sein, bei welchem über ein gemeinsames Betätigungselement einerseits das erste Schaltelement und andererseits das dritte Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt werden kann. Des Weiteren ist es eine denkbare Variante der Erfindung, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement sowie das dritte Schaltelement und das fünfte Schaltelement zu Schaltelementpaaren zusammengefasst sind. Weiter alternativ dazu können auch das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement einerseits sowie das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement andererseits jeweils durch je ein Schaltelementpaar gebildet sein.
  • Ist zudem ein sechstes Schaltelement vorgesehen so kann dieses im Rahmen der Erfindung mit dem zweiten Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sein, indem ein Betätigungselement vorgesehen ist, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das zweite Schaltelement und andererseits das sechste Schaltelement betätigt werden kann.
  • Besonders bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe möglichst viele Schaltelementpaare realisiert, um die Anzahl an Betätigungselementen zu reduzieren und damit den Herstellungsaufwand zu mindern. Sind nach Möglichkeit zwei oder sogar drei Schaltelementpaare vorgesehen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, 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 dann insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der Antriebswelle 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 für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die Antriebswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Rotorwelle der Elektromaschine gekoppelt oder über eine zwischenliegende Trennkupplung bzw. ein Anfahrelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe 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 Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
  • Dass zwei Bauelemente des Getriebes „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind mit gleichbleibender Drehzahlabhängigkeit miteinander gekoppelt.
  • Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine 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 angebundenen Bauelemente ggf. 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;
    • 2 bis 4 jeweils eine schematische Ansicht je eines Getriebes, wie es jeweils bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 5 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 2 bis 4;
    • 6 bis 8 jeweils eine schematische Darstellung je eines Getriebes, wie es jeweils ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommen kann;
    • 9 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 6 bis 8; und
    • 10 bis 15 jeweils eine schematische Darstellung je einer Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe aus den 2 bis 4 und 6 bis 8.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Hybridfahrzeuges, wobei in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine VKM über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer TS mit einem Getriebe G verbunden ist. Dem Getriebe G ist abtriebsseitig ein Differentialgetriebe AG nachgeschaltet, über welches eine Antriebsleistung auf Antriebsräder DW einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges verteilt wird. Das Getriebe G und der Torsionsschwingungsdämpfer TS sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse des Getriebes G angeordnet, in welches dann auch das Differentialgetriebe AG integriert sein kann. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, sind die Verbrennungskraftmaschine VKM, der Torsionsschwingungsdämpfer TS, das Getriebe G und auch das Differentialgetriebe AG quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet.
  • Aus 2 geht eine schematische Darstellung des Getriebes G gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung hervor. Wie zu erkennen ist, setzt sich das Getriebe G aus einem Radsatz RS und einer Elektromaschine EM zusammen, die gemeinsam in dem Gehäuse des Getriebes G angeordnet sind. Der Radsatz RS umfasst zwei Planetenradsätze P1 und P2, wobei jeder der Planetenradsätze P1 und P2 je ein erstes Element E11 bzw. E12, je ein zweites Element E21 bzw. E22 und je ein drittes Element E31 bzw. E32 aufweist. Das jeweilige erste Element E11 bzw. E12 ist dabei jeweils durch je ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 gebildet, während das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als je ein Planetensteg und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 des jeweiligen Planetenradsatzes P1 bzw. P2 als je ein Hohlrad vorliegt.
  • Im vorliegenden Fall liegen also der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 jeweils als Minus-Planetensatz vor, dessen jeweiliger Planetensteg zumindest ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem jeweiligen radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem jeweiligen radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht. Besonders bevorzugt sind aber bei dem ersten Planetenradsatz P1 und auch bei dem zweiten Planetenradsatz P2 jeweils mehrere Planetenräder vorgesehen.
  • Sofern es die Anbindung zulässt, könnten der erste Planetenradsatz P1 und der zweite Planetenradsatz P2 jeweils auch als Plus-Planetensatz ausgeführt werden, wobei im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz dann das jeweilige zweite Element E21 bzw. E22 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element E31 bzw. E32 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden muss. Bei einem Plus-Planetensatz führt der Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Getriebe G insgesamt fünf Schaltelemente in Form eines ersten Schaltelements A, eines zweiten Schaltelements B, eines dritten Schaltelements C, eines vierten Schaltelements D und eines fünften Schaltelements E. Dabei sind die Schaltelemente A, B, C, D und E jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen bevorzugt als Klauenschaltelemente vor. Zudem sind das erste Schaltelement A, das dritte Schaltelement C, das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E als Kupplungen gestaltet, während das zweite Schaltelement B als Bremse vorliegt.
  • Eine Antriebswelle GW1 des Getriebes G ist drehfest mit dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden und kann mittels des ersten Schaltelements A drehfest mit dem ersten Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 in Verbindung gebracht werden, welches durch Betätigen des zweiten Schaltelements B an einem drehfesten Bauelement GG festgesetzt werden kann. Bei dem drehfesten Bauelement GG handelt es sich dabei insbesondere um das Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil des Getriebegehäuses. Des Weiteren kann die Antriebswelle GW1 noch durch Schließen des dritten Schaltelements C drehfest mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden werden, wobei das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ständig drehfest mit einem Rotor R der Elektromaschine EM in Verbindung steht. Ein Stator S der Elektromaschine EM ist permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt.
  • Wie zudem in 2 zu erkennen ist, ist eine Abtriebswelle GWA des Getriebes G drehfest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden und kann über das vierte Schaltelement D drehfest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 in Verbindung gebracht werden. Darüber hinaus kann die Abtriebswelle GWA noch durch Schließen des fünften Schaltelements E drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden werden. Schließlich ist noch das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt.
  • Sowohl die Antriebswelle GW1, als auch die Abtriebswelle GWA bilden jeweils je eine Anschlussstelle GW1-A bzw. GWA-A aus, wobei die Anschlussstelle GW1-A im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 einer Anbindung an die Verbrennungskraftmaschine VKM dient, während das Getriebe G an der Anschlussstelle GWA-A mit dem nachfolgenden Differentialgetriebe AG verbunden ist. Die Anschlussstelle GW1 - A der Antriebswelle GW1 ist dabei an einem axialen Ende des Getriebes G ausgestaltet, wobei die Anschlussstelle GWA-A der Abtriebswelle GWA an demselben axialen Ende liegt und hierbei quer zur Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 ausgerichtet ist. Zudem sind die Antriebswelle GW1 und die Abtriebswelle GWA koaxial zueinander liegend angeordnet.
  • Die Planetenradsätze P1 und P2 liegen ebenfalls koaxial zu der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA, wobei sie auf die Anschlussstelle GW1-A der Antriebswelle GW1 axial folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz P1 und zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet sind. Ebenso ist auch die Elektromaschine EM koaxial zu den Planetenradsätzen P1 und P2 und damit auch der Antriebswelle GW1 sowie der Abtriebswelle GWA platziert, wobei die Elektromaschine EM dabei axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen ist.
  • Wie zudem aus 2 hervorgeht, sind das erste Schaltelement A, das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 angeordnet, wobei hierbei das vierte Schaltelement D axial benachbart zum ersten Planetenradsatz P1 liegt und hierauf dann axial zunächst das fünfte Schaltelement E und dann das erste Schaltelement A folgen. Das zweite Schaltelement B ist axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen, wohingegen das dritte Schaltelement C axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 platziert ist.
  • Das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E sind axial unmittelbar nebeneinander sowie radial auf derselben Höhe platziert und weisen ein gemeinsames Betätigungselement auf, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement D und andererseits das fünfte Schaltelement E betätigt werden kann. Insofern sind das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E zu einem ersten Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst. Hingegen sind die weiteren Schaltelement A, B und C jeweils als Einzelschaltelemente ausgeführt.
  • Ferner zeigt 3 eine schematische Darstellung eines Getriebes G entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wie sie ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 zur Anwendung kommen kann. Dabei entspricht diese Ausführungsform im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 2, wobei im Unterschied dazu nun das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 permanent drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden ist, während das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 nun nicht ständig festgesetzt ist, sondern erst durch Schließen eines vierten Schaltelements D am drehfesten Bauelement GG festgesetzt wird. Des Weiteren verbindet ein fünftes Schaltelement E bei Betätigung das erste Element E12 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander, was ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Das vierte Schaltelement D ist dementsprechend als Bremse ausgeführt und gemeinsam mit dem als Kupplung vorliegenden, fünften Schaltelement E axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen. Nach wie vor sind dabei das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E zu einem ersten Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform nach 3 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 4 geht eine schematische Ansicht eines Getriebes G gemäß einer dritten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, wobei diese Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 3 entspricht. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit kann dabei bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden. Unterschiedlich gegenüber der Variante nach 3 ist hierbei, dass ein fünftes Schaltelement E bei Betätigung das zweite Element E22 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbindet, was ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Dabei ist das als Kupplung ausgeführte, fünfte Schaltelement E axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen und dementsprechend nicht mehr mit dem vierten Schaltelement D zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst. Prinzipiell könnte jedoch ein Zusammenfassen mit dem ersten Schaltelement A verwirklicht werden. Des Weiteren könnte das fünfte Schaltelement E axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen und gegebenenfalls mit dem dritten Schaltelement C zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sein. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 4 der Variante nach 3, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • In 5 ist ein beispielhaftes Schaltschema für die Getriebe G aus den 2 bis 4 tabellarisch dargestellt. Wie zu erkennen ist, können hierbei zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA jeweils insgesamt drei Gänge 1 bis 3.4 realisiert werden, wobei in den Spalten des Schaltschemas mit einem X jeweils gekennzeichnet ist, welches der Schaltelemente A bis E in welchem der Gänge 1 bis 3.4 jeweils geschlossen ist.
  • Wie in 5 zu erkennen ist, wird ein erster Gang 1 zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C geschaltet. Des Weiteren wird ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA in einer ersten Variante 2.1 durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E geschaltet, wobei sich der zweite Gang zudem noch in einer zweiten Variante 2.2 durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des fünften Schaltelements E, in einer dritten Variante 2.3 durch Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E, in einer vierten Variante 2.4 durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C sowie in einer fünften Variante 2.5 durch Schließen des fünften Schaltelements E ergibt. Während bei den ersten vier Varianten 2.1 bis 2.4 die Elektromaschine EM jeweils mit eingebunden ist, so dass hybridisch unter gleichzeitigem Einsatz der Verbrennungskraftmaschine VKM gefahren werden kann, ist die Elektromaschine EM im Fall der letzten Variante 2.5 abgekoppelt. Dadurch können Nulllastverluste der Elektromaschine EM vermieden werden, während die Antriebswelle GW1 über das fünfte Schaltelement E direkt drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden ist.
  • Ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wird in einer ersten Variante 3.1 durch Betätigen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D geschaltet, wobei sich der dritte Gang zudem in einer zweiten Variante 3.2 durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D, in einer dritten Variante 3.3 durch Betätigen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D sowie in einer vierten Variante 3.4 durch Schließen des vierten Schaltelements D ergibt. Während bei den Varianten 3.1, 3.2 und 3.3 jeweils die Elektromaschine EM mit eingebunden ist, so dass hybridisch unter gleichzeitigem Einsatz der Verbrennungskraftmaschine VKM gefahren werden kann, ist die Elektromaschine EM im Fall der vierten Variante 3.4 des dritten Ganges abgekoppelt. Letzteres hat dabei den Vorteil, dass die Elektromaschine EM im Betrieb nicht mitlaufen muss und somit Nulllastverluste vermieden werden können.
  • Obwohl die Schaltelemente A bis E jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann ein Schalten zwischen dem ersten Gang 1 und der ersten Variante 2.1 des zweiten Ganges unter Last realisiert werden, da an beiden jeweils das zweite Schaltelement B beteiligt ist. Ebenso kann eine Lastschaltungen zwischen der ersten Variante 2.1 des zweiten Ganges und der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges vollzogen werden, da auch hier jeweils das zweite Schaltelement B geschlossen ist. Eine Synchronisation bei den Schaltungen kann dabei jeweils durch eine entsprechende Regelung der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine VKM erfolgen, so dass das jeweils auszulegende Schaltelement lastfrei geöffnet und das im Folgenden zu schließende Schaltelement lastfrei geschlossen werden kann.
  • Die Getriebe G aus den 2 bis 4 können zudem noch in anderweitigen Betriebsmodi unter Zuhilfenahme der Elektromaschine EM betrieben werden: so kann ein rein elektrisches Fahren in einem ersten Gang E1 stattfinden, welcher zwischen dem Rotor R der Elektromaschine EM und der Abtriebswelle GWA wirksam ist und zu dessen Darstellung das zweite Schaltelement B in einen geschlossenen Zustand zu überführen ist. Dadurch wird der Rotor R über den ersten Planetenradsatz P1 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt, wobei die Übersetzung des ersten Ganges E1 in diesem Fall der Übersetzung des ersten, zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Ganges 1 entspricht.
  • In vorteilhafter Weise kann ausgehend vom ersten Gang E1 jeweils ein Zustarten der Verbrennungskraftmaschine VKM in den ersten Gang 1, in die erste Variante 2.1 des zweiten Ganges und auch in die erste Variante 3.1 des dritten Ganges vorgenommen werden, da auch in jedem dieser Gänge jeweils das zweite Schaltelement B geschlossen ist. Insofern kann zügig vom rein elektrischen Fahren in ein Fahren über die Verbrennungskraftmaschine bzw. ein hybridisches Fahren übergegangen werden.
  • Des Weiteren kann durch Schließen des dritten Schaltelements C eine Lade- oder Startfunktion realisiert werden. Denn im geschlossenen Zustand des dritten Schaltelements C ist der Rotor R der Elektromaschine EM direkt drehfest mit der Antriebswelle GW1 verbunden und damit auch mit der Verbrennungskraftmaschine VKM. Gleichzeitig besteht dabei aber kein Kraftschluss zur Abtriebswelle GWA, wobei der Rotor R und die Antriebswelle GW1 dabei gleich schnell drehen. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM kann dabei jeweils ein elektrischer Energiespeicher über die Verbrennungskraftmaschine VKM geladen werden, während im elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine EM jeweils ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM über die Elektromaschine EM realisierbar ist.
  • Als weiterer Betriebsmodus kann zudem eine Anfahrfunktion für Vorwärtsfahrt EDA-V verwirklicht werden. Hierzu ist das erste Schaltelement A zu schließen, wodurch über die Antriebswelle GW1 mittels des ersten Elements E11 des ersten Planetenradsatzes P1 angetrieben wird, während die Elektromaschine EM am dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine VKM abstützen kann. Ein Abtrieb erfolgt dann über das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 auf die Abtriebswelle GWA. Hierdurch kann ein Anfahren für Vorwärtsfahrt dargestellt werden.
  • Zudem kann noch eine Drehzahlabsenkung der Elektromaschine EM im mechanischen bzw. hybriden Betrieb gestaltet werden: nach einer über die Elektromaschine EM drehmomentgestützten Schaltung vom zweiten Gang in den dritten Gang oder nach einem Zustart der Verbrennungskraftmaschine VKM in den dritten Gang ergibt sich ein hybridisches Fahren in der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges. Um die Drehzahl der Elektromaschine EM im dritten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, kann von der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges in die zweite Variante 3.2 umgeschaltet werden, in welcher der Rotor R eine geringere Drehzahl aufweist. Diese Umschaltung erfolgt dabei mit Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM bei geschlossenem, vierten Schaltelement D. Dazu wird das dann lastfreie, zweite Schaltelement B ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, erste Schaltelement A eingelegt, wobei die Drehzahlanpassung jeweils durch Drehzahlregelung der Elektromaschine EM erfolgt.
  • Ferner zeigt 6 eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 zur Anwendung kommen kann und weitestgehend der Variante nach 2 entspricht. Unterschiedlich ist dabei aber, dass nun zusätzlich ein sechstes Schaltelement F vorgesehen ist, welches bei Betätigung das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest mit der Abtriebswelle GWA und damit auch dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 verbindet, so dass es zu einem Verblocken des ersten Planetenradsatzes P1 kommt. Das sechste Schaltelement F ist hierbei axial auf einer dem zweiten Planetenradsatz P2 abgewandt liegenden Seite des ersten Planetenradsatzes P1 vorgesehen und liegt konkret axial zwischen dem zweiten Schaltelement B und dem ersten Planetenradsatz P1. Dabei sind das zweite Schaltelement B und das sechste Schaltelement F axial unmittelbar nebeneinanderliegend angeordnet und zu einem zweiten Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, indem über ein gemeinsames Betätigungselement einerseits das zweite Schaltelement B und andererseits das sechste Schaltelement F betätigt werden kann. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach 6 der Variante nach 2, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Aus 7 geht eine schematische Ansicht eines Getriebes G entsprechend einer fünften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor. Dabei kann das in 7 gezeigte Getriebe G ebenfalls bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden, wobei die Ausgestaltungsmöglichkeit weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 6 entspricht. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 6 ist nun allerdings das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 ständig drehfest mit der Abtriebswelle GWA verbunden, wohingegen das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 nun nicht ständig festgesetzt ist, sondern erst durch Schließen eines vierten Schaltelements D am drehfesten Bauelement GG festgesetzt wird. Ferner verbindet ein fünftes Schaltelement E bei Betätigung das erste Element E12 und das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander und sorgt hierdurch für ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2. Sowohl das als Bremse ausgeführte, vierte Schaltelement D, als auch das als Kupplung vorliegende, fünfte Schaltelement E sind axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen, wobei das fünfte Schaltelement E hierbei axial im Wesentlichen auf Höhe des dritten Schaltelements C und dabei axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz P2 und dem vierten Schaltelement D angeordnet ist. Nach wie vor sind das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E dabei zu einem ersten Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 7 der Variante nach 6, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Getriebes G gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei diese Ausführungsform weitestgehend der vorhergehenden Variante nach 7 entspricht. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit kann dabei bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang in 1 Anwendung finden. Unterschiedlich gegenüber der Variante nach 7 ist hierbei, dass ein fünftes Schaltelement E bei Betätigung nun das zweite Element E22 und das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest miteinander verbindet, was ein Verblocken des zweiten Planetenradsatzes P2 zur Folge hat. Dabei ist das als Kupplung ausgeführte, fünfte Schaltelement E axial zwischen dem ersten Planetenradsatz P1 und dem zweiten Planetenradsatz P2 vorgesehen und dementsprechend nicht mehr mit dem vierten Schaltelement D zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst. Prinzipiell könnte hier jedoch ein Zusammenfassen mit dem ersten Schaltelement A verwirklicht werden. Des Weiteren könnte das fünfte Schaltelement E auch axial auf einer dem ersten Planetenradsatz P1 abgewandt liegenden Seite des zweiten Planetenradsatzes P2 vorgesehen und gegebenenfalls mit dem dritten Schaltelement C zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sein. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 8 der Variante nach 7, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • 9 zeigt ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe aus den 6 bis 8, wobei dieses Schaltschema im Wesentlichen dem Schaltschema aus 5 entspricht. Unterschiedlich ist nun, dass durch das zusätzliche Vorsehen des sechsten Schaltelements F weitere Varianten 2.6, 2.7 und 2.8 des zweiten, zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Ganges sowie eine weitere Variante 3.5 des dritten, zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA wirksamen Ganges realisiert werden können. So ergibt sich eine sechste Variante 2.6 des zweiten Ganges durch Schließen des fünften Schaltelements E und des sechsten Schaltelements F, während eine siebte Variante 2.7 durch Betätigen des ersten Schaltelements A und des sechsten Schaltelements F sowie eine achte Variante 2.8 durch Schließen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F geschaltet werden kann. Eine fünfte Variante 3.5 des dritten Ganges ergibt sich durch Betätigen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F.
  • Zudem kann noch zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA ein zweiter Gang E2 dargestellt werden, zu dessen Darstellung das sechste Schaltelement F zu schließen ist. Dadurch wird die Abtriebswelle GWA über den dann verblockten, zweiten Planetenradsatz P2 drehfest mit dem Rotor R der Elektromaschine EM verbunden. Eine Übersetzung dieses Ganges E2 entspricht dabei der Übersetzung des zweiten Ganges zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA.
  • Außerdem kann eine Drehzahlabsenkung des Rotors R der Elektromaschine EM durch Umschalten von der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges in die fünfte Variante 3.5 realisiert werden: nach einer elektrisch gestützten Schaltung vom zweiten in den dritten Gang oder nach einem Zustart der Verbrennungskraftmaschine VKM in den dritten Gang ergibt sich zunächst ein hybridisches Fahren in der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges. Um die Drehzahl des Rotors im dritten Gang bei höheren Fahrgeschwindigkeiten abzusenken, wird nun von der ersten Variante 3.1 in die fünfte Variante 3.5 umgeschaltet, da hier der Rotor eine geringere Drehzahl aufweist als in der ersten Variante 3.1. Dabei erfolgt diese Umschaltung mit Erhaltung der Zugkraft über die Verbrennungskraftmaschine VKM, wobei bei Drehzahlanpassung durch Drehzahlregelung der Elektromaschine das lastfreie, zweite Schaltelement B ausgelegt und das ebenfalls lastfreie, sechste Schaltelement F eingelegt wird.
  • Die Umschaltung in die fünfte Variante 3.5 hat zudem den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine VKM durch Öffnen des vierten Schaltelements D auch ohne Vorhandensein einer zusätzlichen Trennkupplung jederzeit abgekoppelt werden kann, während die Elektromaschine EM das Fahrzeug antreibt oder bremst. Des Weiteren kann bei langsamer werdendem Fahrzeug eine Rückschaltung vom dritten Gang in den zweiten Gang vorbereitet werden, indem zunächst von der fünften Variante 3.5 in die erste Variante 3.1 gewechselt wird, während die Verbrennungskraftmaschine VKM die Zugkraft bei geschlossenem vierten Schaltelement D erhält. In der ersten Variante 3.1 des dritten Ganges ist dann wiederum das zweite Schaltelement B geschlossen, welches benötigt wird, um bei der Rückschaltung vom dritten Gang in den zweiten Gang die Zugkraft über die Elektromaschine EM zu stützen.
  • Bei den Getrieben G nach den 6 bis 8 kann alternativ auch jeweils eine Abwandlung getroffen sein, bei welcher ein sechstes Schaltelement bei Betätigung das zweite Element und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet, da dies ebenfalls ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes zur Folge hat. Sofern es eine Anordnung des sechsten Schaltelements ermöglicht, könnte ebenso gut auch ein drehfestes Verbinden des ersten Elements und des dritten Elements des ersten Planetenradsatzes bei Betätigung eines sechsten Schaltelements herbeigeführt werden.
  • Schließlich zeigen noch die 10 bis 15 Abwandlungsmöglichkeiten der Getriebe G aus den 2 bis 4 und 6 bis 8, wobei diese Abwandlungsmöglichkeiten dabei anderweitige Einbindungsmöglichkeiten der Elektromaschine EM betreffen. So ist in 10 die Elektromaschine EM nicht koaxial zu dem jeweiligen - vorliegend nicht weiter im Detail dargestellten - Radsatz RS des Getriebes G platziert, sondern achsversetzt angeordnet. Eine Anbindung erfolgt dabei über eine Stirnradstufe SRS, die sich aus einem ersten Stirnrad SR1 und einem zweiten Stirnrad SR2 zusammensetzt. Das erste Stirnrad SR1 ist dabei seitens des Radsatzes RS bei den Getrieben G nach 2 bis 4 und 6 bis 8 drehfest an dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 angebunden. Das Stirnrad SR1 steht dann mit dem Stirnrad SR2 im Zahneingriff, welches drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM1 platziert ist, die innerhalb der Elektromaschine EM die Anbindung an den - vorliegend nicht weiter dargestellten - Rotor der Elektromaschine EM herstellt.
  • Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit nach 11 ist die Elektromaschine EM achsversetzt zu dem jeweiligen Radsatz RS des jeweiligen Getriebes G platziert. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 10 ist eine Anbindung dabei aber nicht über eine Stirnradstufe, sondern über einen Zugmitteltrieb ZT vorgenommen. Dieser Zugmitteltrieb ZT kann dabei als Riemen-oder auch Kettentrieb ausgestaltet sein. Seitens des Radsatzes RS ist der Zugmitteltrieb ZT dann bei den Getrieben G nach 2 bis 4 und 6 bis 8 drehfest an dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 angebunden. Über den Zugmitteltrieb ZT wird dabei dann eine Koppelung zu einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM hergestellt, die wiederum innerhalb der Elektromaschine EM eine Anbindung an den Rotor der Elektromaschine vornimmt.
  • Im Falle der Abwandlungsmöglichkeit nach 12 ist eine Einbindung der achsversetzt zu dem jeweiligen Radsatz RS platzierten Elektromaschine EM über eine Planetenstufe PS und eine Stirnradstufe SRS realisiert. Dabei ist die Planetenstufe PS dem Radsatz RS nachgeschaltet, wobei abtriebsseitig der Planetenstufe PS dann die Stirnradstufe SRS vorgesehen ist, über welche die Verbindung zu der Elektromaschine EM hergestellt ist. Die Planetenstufe PS setzt sich dabei aus einem Hohlrad HO, einem Planetensteg PT und einem Sonnenrad SO zusammen, wobei der Planetensteg PT mindestens ein Planetenrad PR drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem Sonnenrad SO als auch dem Hohlrad HO im Zahneingriff steht.
  • Vorliegend ist der Planetensteg PT seitens des Radsatzes RS bei den Getrieben G nach 2 bis 4 und 6 bis 8 drehfest an dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 angebunden. Dagegen ist das Hohlrad HO permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, während das Sonnenrad SO drehfest mit einem ersten Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS verbunden ist. Das erste Stirnrad SR1 kämmt dann mit einem zweiten Stirnrad SR2 der Stirnradstufe SRS, welches drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Elektromaschine EM also seitens des Radsatzes RS über zwei Übersetzungsstufen angebunden.
  • Auch bei der Abwandlungsmöglichkeit aus 13 ist eine Einbindung der Elektromaschine EM seitens des Radsatzes RS über eine Planetenstufe PS und eine Stirnradstufe SRS vorgenommen. Dabei entspricht die Abwandlungsmöglichkeit weitestgehend der Variante nach 12, mit dem Unterschied, dass bei der Planetenstufe PS nun das Sonnenrad SO am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während das Hohlrad HO drehfest mit dem ersten Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS verbunden ist. Konkret sind dabei das Hohlrad HO und das erste Stirnrad SR1 bevorzugt einstückig ausgebildet, indem das Hohlrad HO an einem Außenumfang mit einer Verzahnung ausgestattet ist. Im Übrigen entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach 13 sonst der Variante nach 12, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren zeigt 14 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 4 und 6 bis 8, wobei auch hier eine Einbindung der Elektromaschine EM über eine Stirnradstufe SRS und eine Planetenstufe PS vorgenommen ist. Im Unterschied zu der vorhergehenden Variante nach 13 folgt auf den Radsatz RS hierbei aber zunächst die Stirnradstufe SRS, während die Planetenstufe PS im Kraftfluss zwischen Stirnradstufe SRS und Elektromaschine EM vorgesehen ist. Die Planetenstufe PS umfasst ebenfalls wieder die Elemente Hohlrad HO, Planetensteg PT und Sonnenrad SO, wobei der Planetensteg PT mehrere Planetenräder PR1 und PR2 drehbar gelagert führt, die jeweils sowohl mit dem Sonnenrad SO als auch dem Hohlrad HO im Zahneingriff stehen.
  • Wie in 14 zu erkennen ist, ist ein erstes Stirnrad SR1 der Stirnradstufe SRS seitens des Radsatzes RS drehfest angebunden, wobei diese Anbindung dabei bei den Getrieben G nach 2 bis 4 und 6 bis 8 drehfest an dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 vollzogen ist. Das erste Stirnrad SR1 kämmt mit einem zweiten Stirnrad SR2 der Stirnradstufe SRS, welches drehfest mit dem Planetensteg PT der Planetenstufe PS verbunden ist. Das Hohlrad HO ist permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, während das Sonnenrad SO drehfest auf einer Eingangswelle EW der Elektromaschine EM vorgesehen ist.
  • Schließlich zeigt noch 15 eine weitere Abwandlungsmöglichkeit der Getriebe G aus den 2 bis 4 und 6 bis 8, wobei diese Abwandlungsmöglichkeit im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach 14 entspricht. Einziger Unterschied ist dabei, dass nun das Sonnenrad SO der Planetenstufe PS permanent am drehfesten Bauelement GG festgesetzt ist, während das Hohlrad HO der Planetenstufe PS drehfest mit der Eingangswelle EW der Elektromaschine EM verbunden ist. Im Übrigen entspricht die Abwandlungsmöglichkeit nach 15 sonst der Variante nach 14, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und mit gutem Wirkungsgrad realisiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    RS
    Radsatz
    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
    A
    Erstes Schaltelement
    B
    Zweites Schaltelement
    C
    Drittes Schaltelement
    D
    Viertes Schaltelement
    E
    Fünftes Schaltelement
    F
    Sechstes Schaltelement
    SP1
    erstes Schaltelementpaar
    SP2
    zweites Schaltelementpaar
    1
    Erster Gang
    2.1
    Zweiter Gang
    2.2
    Zweiter Gang
    2.3
    Zweiter Gang
    2.4
    Zweiter Gang
    2.5
    Zweiter Gang
    2.6
    Zweiter Gang
    2.7
    Zweiter Gang
    2.8
    Zweiter Gang
    3.1
    Dritter Gang
    3.2
    Dritter Gang
    3.3
    Dritter Gang
    3.4
    Dritter Gang
    3.5
    Dritter Gang
    E1
    erster Gang
    E2
    zweiter Gang
    EDA-V
    Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt
    GW1
    Antriebswelle
    GW1-A
    Anschlussstelle
    GWA
    Abtriebswelle
    GWA-A
    Anschlussstelle
    EM
    Elektromaschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    SRS
    Stirnradstufe
    SR1
    Stirnrad
    SR2
    Stirnrad
    PS
    Planetenstufe
    HO
    Hohlrad
    PT
    Planetensteg
    PR
    Planetenrad
    PR1
    Planetenrad
    PR2
    Planetenrad
    SO
    Sonnenrad
    ZT
    Zugmitteltrieb
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    TS
    Torsionsschwingungsdämpfer
    AG
    Differentialgetriebe
    DW
    Antriebsräder

Claims (16)

  1. Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine (EM), eine Antriebswelle (GW1), eine Abtriebswelle (GWA), sowie einen ersten Planetenradsatz (P1) und einen zweiten Planetenradsatz (P2), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1, P2) je ein erstes Element (E11, E12), je ein zweites Element (E21, E22) und je ein drittes Element (E31, E32) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12) durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22) im Falle eines Minus-Planetensatzes durch einen Planetensteg und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch ein Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32) im Falle eines Minus-Planetensatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Planetensatzes durch den Planetensteg des jeweiligen Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei ein erstes (A), ein zweites (B), ein drittes (C), ein viertes (D) und ein fünftes Schaltelement (E) vorgesehen sind, wobei die Elektromaschine (EM) mit der Antriebswelle (GW1), mit der Abtriebswelle (GWA) oder mindestens einem der Elemente (E11, E21, E31, E12, E22, E32) der Planetenradsätze (P1, P2) in Verbindung steht, und wobei die Antriebswelle (GW1) über das erste Schaltelement (A) drehfest mit dem ersten Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) in Verbindung bringbar ist, welches mittels des zweiten Schaltelements (B) festsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Antriebswelle (GW1) zudem drehfest mit dem zweiten Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbunden ist, - dass die Abtriebswelle (GWA) drehfest mit dem zweiten Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, - und dass die Antriebswelle (GW1) über das dritte Schaltelement (C) drehfest mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) in Verbindung bringbar ist.
  2. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) festgesetzt ist, wohingegen die Abtriebswelle (GWA) mittels des vierten Schaltelements (D) drehfest mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung bringbar und über das fünfte Schaltelement (E) drehfest mit der Antriebswelle (GW1) verbindbar ist.
  3. Getriebe (G) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest mit der Abtriebswelle (GWA) verbunden ist, wohingegen das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) über das vierte Schaltelement (D) festsetzbar ist, und dass das erste Element (E12) und das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) oder das zweite Element (E22) und das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mittels des fünften Schaltelements (E) drehfest miteinander verbindbar sind.
  4. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (R) der Elektromaschine (EM) drehfest mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) gekoppelt ist.
  5. Getriebe (G) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich durch selektives Schließen der fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) - ein erster Gang (1) zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des zweiten (B) und des dritten Schaltelements (C), - ein zweiter Gang zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) in einer ersten Variante (2.1) durch Schließen des zweiten (B) und des fünften Schaltelements (E), in einer zweiten Variante (2.2) durch Betätigen des ersten (A) und des fünften Schaltelements (E), in einer dritten Variante (2.3) durch Schließen des dritten (C) und des fünften Schaltelements (E), in einer vierten Variante (2.4) durch Betätigen des ersten (A) und des dritten Schaltelements (C) sowie in einer fünften Variante (2.5) durch Schließen des fünften Schaltelements (E), - sowie ein dritter Gang zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) in einer ersten Variante (3.1) durch Schließen des zweiten (B) und des vierten Schaltelements (D), in einer zweiten Variante (3.2) durch Schließen des ersten (A) und des vierten Schaltelements (D), in einer dritten Variante (3.3) durch Betätigen des dritten (C) und des vierten Schaltelements (D) sowie in einer vierten Variante (3.4) durch Schließen des vierten Schaltelements (D) ergibt.
  6. Getriebe (G) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Gang (E1) zwischen dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) und der Abtriebswelle (GWA) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B) ergibt.
  7. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem ein sechstes Schaltelement (F) vorgesehen ist, welches bei Betätigung zwei der drei Elemente (E11, E21, E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest miteinander verbindet.
  8. Getriebe (G) nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich - der zweite Gang zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) zudem in einer sechsten Variante (2.6) durch Schließen des fünften (E) und des sechsten Schaltelements (F), in einer siebten Variante (2.7) durch Betätigen des ersten (A) und des sechsten Schaltelements (F) sowie in einer achten Variante (2.8) durch Schließen des dritten (C) und des sechsten Schaltelements (F), - sowie der dritte Gang zwischen der Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) ferner in einer fünften Variante (3.5) durch Betätigen des vierten (D) und des sechsten Schaltelements (F) ergibt.
  9. Getriebe (G) nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein zweiter Gang (E2) zwischen dem Rotor (R) der Elektromaschine (EM) und der Abtriebswelle (GWA) durch Betätigen des sechsten Schaltelements (F) ergibt.
  10. Getriebe (G) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Schaltelemente (A, B, C, D, E; A, B, C, D, E, F) jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert sind.
  11. Getriebe (G) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (D) und das fünfte Schaltelement (E) zu einem Schaltelementpaar (SP1) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement (D) und andererseits das fünfte Schaltelement (E) betätigbar ist.
  12. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (A) und das dritte Schaltelement (C) zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement (A) und andererseits das dritte Schaltelement (C) betätigbar ist.
  13. Getriebe (G) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B) und das sechste Schaltelement (F) zu einem Schaltelementpaar (SP2) zusammengefasst sind, welchem ein Betätigungselement zugeordnet ist, wobei über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das zweite Schaltelement (B) und andererseits das sechste Schaltelement (F) betätigbar ist.
  14. Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Getriebe (G) nach einem oder auch mehreren der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Ladebetriebes oder eines Startbetriebes lediglich das dritte Schaltelement (C) geschlossen wird.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (G) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung eines Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die Antriebswelle (GW1) das erste Schaltelement (A) geschlossen wird.
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